Микробиология мпф 2015-2016 экз. 1. Микробиология предмет изучения, цели и задачи. Исторические этапы развития медицинской мб
 Скачать 1.74 Mb.
|
|
Часть из них (экзоферменты) выделяется наружу, осуществляя внеклеточные реакции: расщепление макромолекул питательных веществ до простых соединений, разрушение антибиотиков (например, бета- лактамаза инактивирует пенициллин) и др. Эндоферменты катализируют реакции внутри клетки: располо¬женные в цитоплазматической мембране пермеазы переносят питательные вещества в клетку, оксидоредуктазы обеспечивают получение энергии и т.д. Кроме того, болезнетворные бактерии мо¬гут обладать ферментами, выполняющими функцию факторов патогенности. Например, гиалуронидаза расщепляет основное вещество соединительной ткани, фибринолизин участвует в растворении кровяных сгустков, что способствует распространению возбудителя в организме. Ферменты обладают высокой специфичностью и многообразием у микробов. По индивидуальному набору ферментов (биохимическим свойствам) часто определяют вид микроба. Наибольшее значение при идентификации бактерий имеет определение сахаролитических и потеолитических свойств. При этом изучаемый микроорганизм помещают в питательную среду, содержащую субстрат (углевод или белок) и индикатор. О наличии фермента судят по изменению цвета индикатора, который реагирует на продукты разложения субстрата. Микробные ферменты широко используют в биотехнологии и медицине. С их помощью осу¬ществляют генноинженерные исследования, получают биологически активные вещества, вакцины, сыворотки. В медицине, например, для улучшения пищеварения применяют амилазу и диастазу из аспергиллов, для заживления ран (ожогов) - коллагеназу из клостридий. 28. Пигменты бактерий — основные группы. Роль и использование в идентификации 1) Жирорастворимые каротиноидные пигменты (красный, оранжевый, желтый) — защищают от УФ 2) Нерастворимые меланины (черный и коричневый) 3) Пирроловые (ярко-красные) 4) Водорастворимые фенозиновые (сине-зеленый) Цвет пигмента используется как тест для идентификации пигментобразующих бактерий. Свечение продуктов, вызванное бактериями, свидетельствует об отсутствии в них процессов гниения. Пигменты, растворимые в воде, диффундируют в питательную среду и окрашивают её. Другая группа пигментов нерастворима в воде, но растворима в органических растворителях. И, наконец, существуют пигменты, не растворимые ни в воде, ни в органических соединениях. Наиболее распространены среди микроорганизмов такие пигменты, как каротины, ксантофиллы и меланины. Меланины являются нерастворимыми пигментами черного, коричневого или красного цвета, синтезирующимися из фенольных соединений. Меланины наряду с каталазой, супероксидцисмутазой и пероксидазами защищают микроорганизмы от воздействия токсичных перекисных радикалов кислорода. Многие пигменты обладают антимикробным, антибиотикоподобным действием. 29. Энергетический метаболизм бактерий: способы получения. Определение понятий фототроф, хемотроф, органотроф, литотроф Энергия в бактериальной клетке накапливается в виде АТФ. В зависимости от способа получения энергии бактерий делят на: Хемотро́фы — организмы, получающие энергию в результате хемосинтеза — окислительно-восстановительных реакций, в которых они окисляют химические соединения, богатые энергией (как неорганические — например, молекулярный водород, серу, так и органические — углеводы, жиры, белки, парафины и более простые органические соединения). Автотро́фы (др.-греч. αὐτός — сам + τροφή — пища) — организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических. Автотрофы составляют первый ярус впищевой пирамиде (первые звенья пищевых цепей). Именно они являются первичными продуцентами органического вещества в биосфере, обеспечивая пищейгетеротрофов. Следует отметить, что иногда резкой границы между автотрофами и гетеротрофами провести не удаётся. Например, одноклеточная водоросль эвглена зелёная на свету является автотрофом, а в темноте — гетеротрофом Органотрофы — организмы, обладающие способностью использовать в качестве доноров электронов органические вещества. Литотрофы — организмы, для которых донорами электронов, необходимых для многих клеточных процессов, являются неорганические вещества Типы метаболизма зависят от способа получения энергии, выделяют: окислительный или дыхание, бродильный или ферментативный, смешанный. Дыхание – процесс получения энергии в реакциях окисления-восстановления, сопряженных с окислительным фосфорилированием, при которых донорами электронов могут быть органические(органотрофы) и неорганические (Литотрофы) соединения, а акцептором – только неорганические соединения. Брожение – процесс получения энергии, при котором отщепленный от субстрата водород переносится на органические соединения. 30. Типы дыхания. Дыхательная цепь. Окислительное фосфорилирование. Примеры Дыхание (биологическое окисление) у бактерий тесно связано с питанием и дает энергию для осуществления функций клетки. При этом в ходе биохимических реакций образуется АТФ - универсальный аккумулятор и переносчик химической энергии у живых существ. Различают аэробный и анаэробный типы дыхания. Микробы, окисляющие органические соединения с использованием кислорода воздуха (в качестве акцептора ионов Н+), называют аэробами. В отличие от них, анаэробы получают энергию в ходе окислительно-восстановительных реакций, при которых акцептором Н+ является не кислород, а нитрат или сульфат (в бескислородных условиях). Многие микробы, имея полный набор дыхательных ферментов, могут существовать как в кислородной, так и бескислородной среде - это факультативные (необязательные) анаэробы с нитратным типом дыхания. Облигагные (обязательные) анаэробы существуют лишь в строго анаэробных условиях, т.к. в аэробных условиях образуются токсичные перекиси (Н2О2 и др.), которые не разрушаются из-за отсутствия у облигатных анаэробов фермента каталазы, для них характерен сульфатный тип дыхания. Необходимыми условиями для культивирования микробов являются:
Микробы, относимые к облигатным паразитам, наиболее требовательны к условиям выращивания. Многие из них (из-за отсутствия или дефекта собственных метаболических систем) могут размножаться только в живых клетках (вирусы, риккетсии, хламидии). Для их культивирования заражают животных, куриные эмбрионы или растущие в искусственной среде клетки эукариотов (культуры ткани). Многие микробы растут на естественных (молоко, картофель и т.д.) или искусственных питательных средах. Из Воробьева. Бактери,обладающие окилительным метболизмом.,энергию получают путем дыхания. У них акцептором электронов(или вородорода)является молекулярный кислород. В этом случае пируват полностью окисляется в цикле трикарбоновых кислот до С2.цикл трикарбоновых кислот выполняет функиции поставщика предшественников для биоснтесинтетический процессов,так и атомов водорода,который в форме восстановленного НАД переносятся на молекулярный кислород через серию переносчиков,обладающих сложной структорно оормленной мультиферментной системой-дыхательной цепью. Дыхательная цепь у бактерий локалзована в ЦПМ и во внутриклеточных структурах. Переносчики,осуществляющие транспорт воородора(электронов) на молекулярная кислоро относятся к 4 классу дегидрогеназ,коферментам которых являются НАД, флавопротеныхиноны,цитохромы. Протоны(электроны)передвигаются от одного носителя к другому в направлении увеличивающегося окислительно-восстановительного потенцала. ЦТК=НАД(Н2)=флавопротеид=хинон=цитохромы=в=с=в=О2. Среди бактериальных цитохромов различают цитохромы в,с,а и а3.конечным этапом переноса электронов по дыхательной цепи является восстановление цитохромов+а3(цитохромоксидазы). Она является конечной оксидазой,передающей электроны на кислород. В процессе переноса электронов по цитохромам меняется валентность входящего в состав железопорфрированной группы железа. Завершающийся перенос электронов реакцией. Образующийся при окислении ФАД или хинонов протоны связывются ионными 02- с образованием воды. Образование АТФ в дых.цепи связывают с хемоосмотическим процессом. Особая ориентация переносчиков ЦПМ приводит к тому.,что передача Водорода происходит с внутренней на внешнюю поверхность мембаны,в результате чего создается градиент атомов водорода,проявляющийся в наличии мембранного потенциала. Энергия мембранног потенциала используется для синтеза локализованной в мембране АТФазой АТФ. В это время у эукаротов ферменты дыхателньой цепи имеют относиелньо постоянный состаы,у бактерий встречаются вариации в составе дыхтелньой цепи. Так, у многих бактерй вместо убхинонов имеются нафтохиноны,состав цитохромв может зависеть от условий роста бактерий. У некоторхых бактерий цтохромы отсутствуют,и при контакте с кислородом происходит непосредственный перенос водорода на кислород с помощью флавпротеидов,.конечным продуктом пр этом оказываетя перекись водорода. Помимо угеводов прокариоты способны использовать другеи органические соединения,в частности белки в качестве источника энергии,окисляя з до углекислого газа и воды. Аминокислоты и белки так же могут выступать в качестве энергетических ресурсов. Их использование связано в перувю очередь с определенными ферментативным преобразованиеями пдготовительного характера. Белки вначале вне клетки расщепляются протеолитическими фермантам на пептиды, которые поглощаютсяклеткой и расщепляются ккнутрилеточными пептидазами до аминокислот. Амикносиклоты могут использоваться в конструктыном метаболизме,а у аминоифицируюих бактерий служить основным материалом в энергетических процессах,при окислительном дезаминировании,в результате которого проиходит выделение аммиака и превращение амнокислоты в кетокислоту, которая через цикл трикарбоновых кислот вступает в конструктвный метаболизм: 2R-CHNH2-COOH+O2=2R-CO-COOH+2NH3 Процесс аммонификации известен как «гниение» при этом происходит накопление продуктов,обладающих непрятным специфических запахом,образующихся при этом первичных аминов. Гнилостные бактерии осуществляют минирализация белка,разлагая его до углекисл.газа,аммиака,сероводорода. К гнилостным бактериям относят Proteus,Pseudomonas,baccilus cereus. 31. Типы дыхания. Субстратное фосфорилирование (брожение). Примеры Дыхание, или биологическое окисление, основано на окислительно-восстановительных реакциях, идущих с образованием АТФ-универсального аккумулятора химической энергии. Энергия необходима микробной клетке для ее жизнедеятельности. При дыхании происходят процессы окисления и восстановления: окисление — отдача донорами (молекулами или атомами) водорода или электронов; восстановление — присоединение водорода или электронов к акцептору. Акцептором водорода или электронов может быть молекулярный кислород (такое дыхание называется аэробным) или нитрат, сульфат, фумарат (такое дыхание называется анаэробным — нитратным, сульфатным, фумаратным). Анаэробиоз (от греч. аег — воздух + bios — жизнь) — жизнедеятельность, протекающая при отсутствии свободного кислорода. Если донорами и акцепторами водорода являются органические соединения, то такой процесс называется брожением. При брожении происходит ферментативное расщепление органических соединений, преимущественно углеводов, в анаэробных условиях. С учетом конечного продукта расщепления углеводов различают спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое и другие виды брожения. По отношению к молекулярному кислороду бактерии можно разделить на три основные группы: облигатные, т.е. обязательные, аэробы, облигатные анаэробы и факультативные анаэробы. 32. Основные принципы культивирования микробов. Рост,размножение, фазы развития микробной популяции 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. Бактериальные клетки размножаются в результате деления. Основные стадии размножения микробов в жидкой среде в стационарных условиях: - лаг- фаза (начальная стадия адаптации с медленным темпом прирости биомассы бактерий); - экспоненциальная (геометрического роста) фаза с резким ростом численности популяции микроорганизмов (2 в степеии n); - стационарная фаза (фаза равновесия размножения и гибели микробных клеток); - стадия гибели — уменьшение численности популяции в связи с уменьшением и отсутствием условий для размножения микроорганизмов (дефицит питательных веществ, изменение рH, rH2, концентрации ионов и других условий культивирования). Данная динамика характерна для периодических культур с постепенным истощением запаса питательных веществ и накоплением метаболитов. Если в питательной среде создают условия для поддержания микробной популяции в экспоненциальной фазе- это хемостатные (непрерывные) культуры. Характер роста бактерий на плотных и жидких питательных средах: сплошной рост, образование колоний, осадок, пленка, помутнение. Чистая культура- популяция одного вида микроорганизмов. 33. Питательные среды. Требования, предъявляемые к питательным средам. Питательная среда — среда, содержащая различные соединения простого и сложного состава. Требования: - содержать все необходимые для размножения вещества - иметь оптимальную влажность, вязкость и рН Питательной средой в микробиологии называют среды, содержащие различные соединения сложного или простого состава, которые применяются для размножения бактерий или других микроорганизмов в лабораторных или промышленных условиях. Питательные среды готовят из продуктов животного или растительного происхождения. Большое значение имеет наличие в питательной среде ростовых факторов, которые катализируют метаболические процессы микробной клетки (витамины группы В, никотиновая кислота и др.). Искусственные среды готовят по определенным рецептам из различных настоев или отваров животного или растительного происхождения с добавлением неорганических солей, углеводов и азотистых веществ. В бактериологической практике чаще всего используют сухие питательные среды, которые получают на основе достижений современной биотехнологии. Для их приготовления используют экономически рентабельное непищевое сырье: утратившие срок годности кровезаменители (гидролизин—кислотный гидролизат крови животных, аминопептид — ферментативный гидролизат крови; продукты биотехнологии (кормовые дрожжи, кормовой лизин, виноградная мука, белколизин). Сухие питательные среды могут храниться в течение длительного времени, удобны при транспортировке и имеют относительно стандартный состав. По консистенции питательные среды могут быть жидкими, полужидкими, плотными. Плотные среды готовят путем добавления к жидкой среде 1,5—2% агара, полужидкие — 0,3— 0,7 % агара. Агар представляет собой продукт переработки особого вида морских водорослей, он плавится при температуре 80—86 °С, затвердевает при температуре около 40 °С и в застывшем состоянии придает среде плотность. В некоторых случаях для получения плотных питательных сред используют желатин (10—15%). Ряд естественных питательных сред (свернутая сыворотка крови, свернутый яичный белок) сами по себе являются плотными. Требования, предъявляемые к питательным средам. Любая питательная среда должна отвечать следующим требованиям: содержать все необходимые для размножения микроорганизмов вещества в легкоусвояемой форме; иметь оптимальные влажность, вязкость, рН, быть изотоничной и по возможности прозрачной. Каждую питательную среду стерилизуют определенным способом в зависимости от ее состава. 34. Классификация питательных сред, примеры Классификация по составу: - простые (пептон) - сложные (пептон + др в-ва) По происхождению: - натуральные - синтетические - полусинтетические По консистенции: - жидкие - полужидкие (0.3-0.7% агара) - плотные (1.5-2% агара) По назначению: - основные (среды для выращивания многих бактерий: питателььный агар, питательный бульон - элективные (стимулируют рост одних и ингибируют рост других: щелочной агар, ЖСА) - дифференциально-диагностические (применяются для отдельных видов МО: среды Гисса, среда Эндо) По целевому назначению среды подразделяют на основные, элективные и дифференциально-диагностические. К основным относятся среды, применяемые для выращивания многих бактерий. Это триптические гидролизаты мясных, рыбных продуктов, крови животных или казеина, из которых готовят жидкую среду — питательный бульон и плотную — питательный агар. Такие среды служат основой для приготовления сложных питательных сред — сахарных, кровяных и др., удовлетворяющих пищевые потребности патогенных бактерий. Элективные питательные среды предназначены для избирательного выделения и накопления микроорганизмов определенного вида (или определенной группы) из материалов, содержащих разнообразную постороннюю микрофлору. При создании элективных питательных сред исходят из биологических особенностей, которые отличают данные микроорганизмы от большинства других. Например, избирательный рост стафилококков наблюдается при повышенной концентрации хлорида натрия, холерного вибриона — в щелочной среде и т. д. Дифференциально-диагностические питательные среды применяются для разграничения отдельных видов (или групп) микроорганизмов. Принцип построения этих сред основан на том, что разные виды бактерий различаются между собой по биохимической активности вследствие неодинакового набора ферментов. Особую группу составляют синтетические и полусинтетические питательные среды. В состав синтетических сред входят химически чистые вещества: аминокислоты, минеральные соли, углеводы, витамины. В полусинтетические среды дополнительно включают пептон, дрожжевой экстракт и другие питательные вещества. Эти среды чаще всего применяют в научно-исследовательской работе и в микробиологической промышленности при получении антибиотиков, вакцин и других препаратов. В последние годы в целях экономии питательных сред и ускоренной идентификации некоторых микроорганизмов (энтеробактерии, стафилококки, стрептококки и др.) применяются так называемые микротест-системы(МТС). Они представляют собой полистироловые пластины с лунками, в которых содержатся стерильные дифференциально-диагностические среды. Стерилизацию МТС проводят УФ-облучением. Микротест-системы особенно удобны при массовых бактериологических исследованиях в практических лабораториях. 35. Понятие о ЧК, штамме, биоваре, сероваре, фаговаре, клоне микробов ЧК — совокупность микробов, выросших на питательной среде, обладающих сходными свойствами Штамм — ЧК, выделенная в конкретное время от конкретного источника Клон — генетически однородная ЧК Биовар (биотип) - внутривидовая систематическая категория, вариант, отличающийся от др. вариантов этого вида какими-либо существенными биол. Св-вами. Серовар - один из инфраподвидовых таксонов, в основе к-рого лежат различия в антигенной структуре штаммов того или иного вида (подвида). С. по этому же признаку дифференцируют на субсеровары. |