РАЗДЕЛ. ФИЗИОЛОГИЯ ПРОКАРИОТОВ.
Химический состав бактериальной клетки
Компоненты
|
Функции
|
Вода
80 – 90 %
|
свободная
|
растворитель органических и минеральных соединений;
дисперсионная среда для коллоидов;
источник водородных и гидроксильных ионов;
фактор осмотического давления (тургор клетки);
термопротектор.
|
связанная
|
структурный элемент цитоплазмы
|
Сухой остаток 10 – 20 %
|
Органические соединения
|
Белки 50 %
|
Простые (протеины)
| |
Сложные - состоят из протеина (простого белка) и нуклеиновой кислоты
|
пластическая и строительная;
видовые особенности бактерий;
антигенность и иммуногенность;
наследственная передача видовых признаков;
токсичность и вирулентность;
биохимическая активность бактерий.
|
Нуклеиновые кислоты
(10—30 %)
|
ДНК
|
наследственные свойства бактерий
|
РНК: информационная,
транспортная, рибосомальная
|
информационная;
синтез белков.
|
Углеводы
|
моносахариды, дисахариды, полисахариды
|
пластическая; энергетическая;
агрессивность, токсичность, аллергенность;
типовая специфичность; питательная и запасная (гликоген, крахмал).
|
Липиды
(5-10 %, у дрож-жеподобных грибов и микобактерий достигают до 40 %)
|
простые жиры (глицерин и высшие кислоты)
|
запасная; энергетическая;
фактор устойчивости к действию внешней среды.
|
сложные (фосфолипиды)
|
|
Минеральные соединения 2 – 30 %
|
окиси металлов:
Р2 05, Nа2 0, К2 О, Мg0,
СаО
|
Регуляторы осмотического давления, рН, окислительно-восстановительного потенциала.
Катализаторы активности бактериальных ферментов.
|
P
|
составная часть нуклеиновых кислот
|
Fе
|
компонент цитохромоксидазы, каталазы, пероксидазы;
|
Cu
|
составляющая дыхательных ферментов;
|
S
|
неорганический компонент белков и аминокислот.
|
Ростовые вещества — факторы роста, биоактиваторы — важнейшие регуляторы обменных процессов, роста и размножения микроорганизмов. В зависимости от фактора роста микроорганизмы подразделяются на:
прототрофы — способные синтезировать все необходимые для роста и размножения органические соединения;
ауксотрофы — их рост и размножение невозможны при отсутствии вещества, которое бактериальная клетка не способна или утратила способность синтезировать.
Питание бактерий
Источники
|
Группы
бактерий
|
Характеристика
|
Источник энергии
|
Фототрофные (фотосинтезиру-ющие)
|
используют солнечную энергию
Среди них различают:
анаэробные фототрофные бактерии, не выделяющие молекулярный кислород;
аэробные фототрофные бактерии (водоросли), выделяющие на свету кислород.
|
Хемотрофные (хемосинтезиру-ющие)
|
получают энергию в результате окислительно-восстановительных реакций
|
Доноры водорода
|
Метатрофные
|
используют в качестве доноров электронов неорганические элементы (Н2, NН3, НS, S, СО, Fе2+ и др.)
|
Органотрофные
|
донорами водорода (электронов) служат органические соединения
|
Источники углерода
|
Аутотрофные
|
получают углерод путем фиксации СО2 из воздуха
|
Гетеротрофные
|
усваивают углерод из органических соединений.
Делятся на:
|
Механизмы питания
Механизм
|
Характеристика
|
Пассивная диффузия
|
перенос питательных веществ в клетку за счет разности концентраций по обе стороны цитоплазматической мембраны (поступление в бактериальную клетку воды).
|
Облегченная диффузия
(перенос «по течению»)
|
прохождение растворенных веществ через цитоплазматическую мембрану осуществляется за счет их захвата на внешней и перенос к внутренней поверхности мембраны молекулами-переносчиками, которые называются пермеазами.
|
Активный перенос
|
против градиента концентрации, то есть «против течения», осуществляется со значительным расходованием энергии АТФ.
|
Транслокация радикалов
|
перенос химически измененных молекул, которые в целом виде не способны пройти через цитоплазматическую мембрану. Экзоферменты фрагментируют их до единичных радикалов, каждый из которых по отдельности пермеазы переносят через цитоплазматическую мембрану внутрь клетки, где происходит ресинтез этого соединения.
|
Ферменты бактерий
Группа
|
Характеристика
|
Ферменты обмена
|
Гидролазы
|
Осуществляют гидролиз, т.е. расщепление веществ на более простые с присоединением молекулы воды (эстеразы, протеазы, нуклеазы и др.).
|
Трансферазы
|
Обеспечивают катализ путем переноса определенных радикалов от одной молекулы к другой.
|
Окислительные ферменты
(оксидоредуктазы)
|
Катализируют процессы окисления—восстановления (оксидазы, пероксидазы, каталазы и др.).
|
Изомер рецемазы
|
Играют роль в углеводном обмене. Изомеразы превращают органические соединения в их изомеры (фосфогексоизомераза и др.).
|
Лиазы
|
Обеспечивают ферментацию негидролитическим путем определенных химических групп (карбоксилазы и др.).
|
Лигазы или синтетазы
|
Регулируют биосинтетические реакции клетки.
Ускоряют синтез сложных соединений из более простых (аспарагинсинтетаза, глутаминсинтетаза и др.).
|
Ферменты агрессии
|
Гиалуронидаза
|
Расщепляет гиалуроновую кислоту, способствует распространению возбудителя в организме.
|
Коагулаза
|
Свертывает плазму крови
|
Нейраминидаза
|
Расщепляет нейраминовую кислоту, что способствуют проникновению возбудителя в ткани.
|
Гемолизин
|
Растворяет эритроциты
|
Лейкоцидин
|
Растворяет лейкоциты
|
Фибринолизин
|
Растворяет сгустки фибрина
|
Протеаза
|
Разрушает иммуноглобулины
|
Лецитиназа
|
Действует на фосфолипиды мембран различных клеток
|
В зависимости от постоянства присутствия в бактериальной клетке и обязательности участия в ее клеточном обмене
|
Конститутивные
|
Постоянно находятся в клетке независимо от условий ее существования (липазы, протеиназы и др.)
|
Адаптивные
(индуцибельные)
|
Синтезируются только при наличии в среде соответствующего субстрата (ферменты транспорта и катаболизма лактозы – галактозидпермеаза, β-лактамаза).
|
В зависимости от точки приложения действия
|
Экзоферменты
|
Выделяются клеткой во внешнюю среду, где производят расщепление сложных соединений до более простых, доступных усвоению клеткой.
|
Эндоферменты
|
Содержатся внутри клетки, осуществляют пластическую функцию и синтез сложных соединений в клетке.
|
Дыхание бактерий
Дыхание - окисление органических веществ клетки кислородом, в результате чего образуется конечный продукт — углекислый газ. Сущность процесса дыхания бактерий заключается в протекании биохимических реакций, в результате которых образуется АТФ.
Бактерии по типу дыхания
|
Характеристика
|
Облигатные
аэробы
|
Для биохимических реакций окисления используют свободный кислород, при наличии его в атмосфере не менее 20 %. Такой тип дыхания называется аэробным.
|
Микроаэрофилы
|
Кислород им необходим в значительно меньшем количестве, чем для облигатных аэробов. Среди них: актиномицеты, бруцеллы, лептоспиры.
|
Другие бактерии получают энергию в результате окисления, при котором в качестве акцепторов Н2-электронов выступают неорганические соединения. Такой процесс называется анаэробным. Различают два типа анаэробного дыхания: нитратный и сульфатный.
|
Факультативные анаэробы
|
Используют нитратный тип анаэробного дыхания, при котором источником энергии является восстановление нитратов до азота и аммиака.
Среди них: кишечная, дизентерийная, брюшнотифозная палочки, стафилококки, стрептококки и др.
|
Облигатные
анаэробы
|
Используют сульфатный тип дыхания, при котором в результате окисления соединений образуется сульфат, который восстанавливается до сероводорода. Не способны расти в присутствии кислорода, поскольку при аэробном дыхании водородные атомы закономерно связываются с кислородом, в результате чего образуется токсичная для бактериальной клетки перекись водорода (Н2О2), которая инактивируется двумя основными ферментами — каталазой и пероксидазой.
Облигатные анаэробы не содержат каталазы. Поэтому при наличии кислорода образующаяся перекись водорода оказывает губительное действие на облигатный анаэроб.
Среди них: возбудители столбняка, газовой гангрены, ботулизма.
|
Рост и размножение бактерий
Рост бактериальной клетки - это увеличение массы ее цитоплазмы, которое происходит в результате синтеза клеточного материала в процессе питания.
Кривая роста популяции бактерий
|
Фазы роста
популяции бактерий
|
Характеристика
|
Лаг-фаза
|
Длится 4—5 часов после внесения посевного материала. Адаптация бактерий к питательной среде, активация экзо- и эндоферментов. При стабильном содержании ДНК отмечается резкое повышение бактериального белка и РНК. При отсутствии видимых проявлений роста происходит увеличение биомассы, в результате чего размер бактериальной клетки возрастает в несколько раз.
|
Фаза
логарифмического роста
|
Длится 5—6 часов. Бактериальная клетка начинает активно делиться. Быстрое нарастание бактериальной массы, интенсивное расходование ее энергетического субстрата и накопление продуктов бактериального метаболизма. В результате среда становится все более неблагоприятной для дальнейшего роста и размножения бактерий.
|
Стационарная фаза роста
|
Скорость размножения остается постоянной.
|
Фаза отмирания
|
Длится 48 часов - несколько недель. Прогрессивное отмиранием бактериальных клеток по логарифмическому типу.
|
Классификация питательных сред
Группа
|
Характеристика
|
По составу
|
Естественные
(природные)
|
Состоят из натуральных продуктов животного или растительного происхождения. Основа - молоко, яйца, овощи, животные ткани, желчь, сыворотка крови.
|
Искусственные
|
Готовят по определенным рецептам из различных настоев или отваров животного или растительного происхождения с добавлением неорганических солей, углеводов и азотистых веществ.
|
Синтетические
|
В состав входят только определенные, химически чистые соединения в точно указанных концентрациях. Удобны для исследования обмена веществ микроорганизмов.
|
По консистенции
|
Жидкие
|
Применяют для изучения физиолого-биохимических особенностей микроорганизмов, для накопления биомассы или продуктов обмена микроорганизмов (мясо-пептонный бульон).
|
Полужидкие
|
Используют для хранения культур.
|
Плотные
|
Используют для выделения и изучения свойств чистых культур микроорганизмов, изучения морфологии колоний, диагностических целей, количественного учета, определения антагонистических свойств и др.
|
Сыпучие
|
Используют для хранения посевного материала, культур-продуцентов в микробиологической и медицинской промышленности (разваренное пшено и др.).
|
Сухие
|
Изготавливаются в виде сухих порошков, которые хорошо растворяются в воде при комнатной температуре. Имеют ряд преимуществ – стандартность, простота хранения и транспортировки (сухой питательный агар, среда Эндо).
|
По назначению
|
Универсальные (обычные,
простые)
|
Используют для выделения и накопления из клинического материала большинства микроорганизмов. Служат основой для приготовления более сложных сред (мясо-пептонный бульон, мясо-пептонный агар).
|
Специальные
|
Используют для выделения и культивирования определенных групп или видов микроорганизмов. Удовлетворяют пищевые потребности более требовательных патогенных бактерий (сахарные, кровяные, сывороточные и др.).
|
Элективные
|
Предназначены для избирательного выделения и накопления микробов определенного вида из материалов, содержащих разнообразную постороннюю микрофлору. Сопутствующие микроорганизмы или совсем не растут на таких средах, или существенно отстают в культуральном развитии (1% пептонная щелочная вода, свернутая кровяная сыворотка Леффлера, желточно-солевой агар и др.).
|
Дифференциально-диагностические
|
Применяются для изучения биохимических свойств и отличия (дифференцировки) одного вида микроорганизмов от другого по характеру их ферментативной активности (среда Эндо, среда Плоскирева, среда Левина, среда Гиса и др.).
|
Типи середовищ
|
Среды для выявления протеолитической и гемолитической способности микробов, содержащие в своем составе белковые вещества: кровь, молоко, желатин и т.д.
|
Среды с индифферентными химическими веществами, которые служат источником питания для одних видов микробов и не усваиваются другими видами
|
Среды с углеводами и многоатомными спиртами для обнаружения соответствующих ферментов
|
Выделение чистых культур микроорганизмов
Чистая культура микроорганизма – это популяция клеток одного вида, выросшая на плотной питательной среде в виде изолированных колоний.
Методы выделение чистых культур аэробных микроорганизмов
Методы, основанные на принципах механического разделения
микроорганизмов
|
Рассев шпателем по
Дригальскому
|
Производят посев исследуемого материала последовательно на 3 чашки Петри, растирая петлей или шпателем по всей поверхности агара. На первой чашке вырастает максимальное количество колоний, на третьей - минимальное в виде отдельно расположенных колоний.
|
Метод истощающего штриха
|
Посев материала петлей производят штрихом последовательно на 4 сектора одной чашки. В первых секторах получается сплошной рост, а вдоль последующих штрихов вырастают обособленные колонии.
|
Методы, основанные на биологических свойствах микроорганизмов
|
Метод Шукевича
|
Применяется для выделения подвижных микроорганизмов. Исследуемый материал засевают в конденсационную воду скошенного агара. При размножении подвижные формы микробов из конденсационной воды распространяются по агару.
|
Метод прогревания
|
Позволяет отделить спорообразующие бациллы от неспоровых форм. Исследуемый материал прогревают на водяной бане при 800С 10-15 мин. При том погибают вегетативные формы, а споры сохраняются.
|
Метод ингибирования
|
Основан на различном действии некоторых химических веществ и антибиотиков на микроорганизмы. Определенные вещества угнетают рост одних микроорганизмов и не оказывают влияния на другие.
|
Метод обогащения
|
Исследуемый материал засевают на элективные питательные среды, способствующие росту определенного вида м/о.
|
Метод заражения лабораторных животных
|
Используется, когда в исследуемом материале очень мало патогенных микроорганизмов. Заражают наиболее восприимчивых к предполагаемому возбудителю инфекции виды животных.
|
Этапы выделения чистой культуры
Первый этап
|
Приготовление мазка из исследуемого материала, окраска по Граму и микроскопия.
|
Посев на жидкую питательную среду накопления (МПБ).
|
Посев на чашки Петри с питательным агаром.
|
Посев на элективную питательную среду или на дифференциально-диагностическую среду.
|
Заражение лабораторных животных исследуемым материалом.
|
Второй
этап
|
Просмотр чашек Петри с посевом и изучение изолированных колоний.
|
Приготовление мазка из части исследуемой колонии, окраска и микроскопия для определения морфологии клеток и их тинкториальных свойств.
|
Пересев в пробирки со средой накопления отобранных изолированных колоний, а затем на плотные питательные среды для выделения и накопления чистой культуры.
|
Вскрытие зараженных лабораторных животных. Исследование мазков-отпечатков из пораженных органов. Посев на питательные среды.
|
Третий
этап
|
Характер роста выделенной чистой культуры.
|
Микроскопия окрашенного мазка, приготовленного из такой культуры.
|
Идентификация выделенной культуры по ферментативным, антигенным и вирулентным свойствам.
|
Характеристика колоний
Признак
|
Характеристика
|
Размер
|
Точечные - d‹1 мм, мелкие – d = 1 мм, средние – d = 2-4 мм, крупные – d = 4-6 мм и более.
|
Форма
|
Округлая, овальная, округлая с валиком по краю, амебовидная, неправильная, ризоидная, нитевидная.
|
Поверхность
|
Гладкие S-колонии – мелкие, круглые, выпуклые, имеют ровные края и гладкую блестящую поверхность.
Шероховатые R-колонии – крупные, неправильной формы, с зазубренными краями. Морщинистая, шероховатая, бороздчатая, складчатая, радиально исчерченная, концентрическая поверхность. Матовая, тусклая, мучнистая.
|
Цвет
|
Бесцветная, пигментированная – белая, желтая, золотистая, оранжевая, сиреневая, красная, черная, зеленая, розовая.
|
Рельеф
|
Характеризуется приподнятостью колонии над поверхностью питательной среды. Куполообразные, конусовидные, плоские, кратерообразные.
|
Контуры края
|
Ровный, волнистый, зубчатый, бахромчатый, лопастной, неровный, ворсинчатый, ветвистый, нитчатый.
|
Внутренняя структура колоний
|
Однородная, мелко- или крупнозернистая, струйчатая, волокнистая.
|
Консистенция
|
Плотная, мягкая, слизистая (прилипает к петле), тягучая, пленчатая (снимается целиком), хрупкая (легко ломается), сыпучая.
|
Свойства бактерий S- и R-колоний
S-колонии
|
R-колонии
| Гладкие с ровными краями | Шероховатые с изрезанными краями | Диффузно-мутящий рост в МПБ | Придонный рост в МПБ | Обычно вирулентны |
Обычно не вирулентны, за исключением возбудителей туберкулеза, сибирской язвы, чумы
| У капсульных видов есть капсула |
Капсула отсутствует
| У подвижных видов есть жгутики |
Жгутики отсутствуют
| Чувствительны к фагу |
Мало чувствительны к фагу
| Биохимически более активны |
Биохимически менее активны
| | |
Неполноценны в антигенном отношении
|
Пигменты микроорганизмов
Химический состав
|
Растворимость
|
Цвет
|
Каким микроорганизмом синтезируются
|
Хиноновые
|
-
|
Желтый
|
Микобактериями туберкулеза
|
Каротиноидные
|
В жирорастворителях
|
Красный, оранжевый, желтый
|
Микобактериями туберкулеза, сарцинами, актиномицетами, грибами
|
Феназиновые
|
В воде
|
Сине-зеленый в нейтральной и щелочной среде, красный – в кислой
|
Синегнойной палочкой
|
Меланиновые
|
Не растворяются в воде и спирте
|
Черный или коричневый
|
Актиномицетами, грибами, облигатными анаэробами
|
Пирроидные
|
-
|
Ярко-красный
|
Актиномицетами
|
Характер роста микроорганизмов на жидких питательных средах
Разновидность роста
|
Характеристика
|
Рост с равномерным (диффузным) помутнением жидкой среды
|
Характерен для факультативных анаэробов, обладающих подвижностью.
|
Придонный рост
|
Характерен для анаэробов и др. неподвижных бактерий. На дне пробирки образуется осадок различной консистенции (вязкий, слизистый, хрупкий). Питательная среда над осадком может быть прозрачной или мутной.
|
Пристеночный рост
|
Питательная среда остается прозрачной. Бактерии растут, образуя круглые или компактные зерна, прикрепленные к внутренней поверхности стенок сосуда.
|
Поверхностный рост
|
Характерен для облигатных аэробов. На поверхности жидкой питательной среды они образуют пленку различной плотности и консистенции.
|
Методы культивирования анаэробных микроорганизмов
Метод
|
Характеристика
|
Физические методы
|
Кипячение среды
|
Пробирки с питательной средой и слоем вазелинового масла кипятят на водяной бане (10-20 мин) для удаления кислорода. Свежепрокипяченную среду охлаждают и засевают материалом.
|
Посев в среды, содержащие
редуцирующие и легко окисляемые вещества.
|
В качестве редуцирующих веществ используют глюкозу, аскорбиновую кислоту, цистеин, Применяют неорганические восстановители – сульфиды, сероводород, цитрат титана. Активно связываются с кислородом воздуха животные ткани паренхиматозных органов (печени, селезенки). Питательные среды: Китта-Тароцци (жидкая), Вильсона-Блера (плотная).
|
Метод Вейон-Виньяла
|
В расплавленный и охлажденный до 500С питательный агар вносят исследуемый материал, перемешивают и натягивают его в пипетку Пастера. После застывания среды пипетку запаивают с обоих концов или заливают парафином. Внутри трубки развиваются отдельные колонии анаэробов.
|
Создание вакуума в анаэростатах
|
Пробирки и чашки Петри сразу после посева анаэробных микроорганизмов помещают в анаэростат, из которого вакуумным насосом откачивается воздух. Колонии анаэробов в вакуумных условиях растут на поверхности плотной питательной среды.
|
Химический метод
|
Метод Аристовского
|
Чашки Петри с посевом анаэробов помещают в эксикатор, на дно которого помещают химический поглотитель кислорода (гидросульфит натрия или пирогаллол) или зажженную свечу.
|
Биологический метод
|
Метод Фортнера
|
В чашке Петри с толстым слоем питательного агара вырезают бороздку шириной 1-1,5 см. Одну половину среды засевают культурой аэроба, а другую – анаэробной культурой. Щель между дном и крышкой чашки заливают парафином. Быстрорастущие аэробы поглощают находящийся в чашке кислород и создают тем самым благоприятные условия для роста анаэробов.
|
Брожение
Брожение – способ получения энергии для анаэробов в результате окислительно-восстановительных реакций, в которых органические соединения функционируют как доноры и акцепторы электронов. Количество освобождающейся энергии в процессе брожения намного меньше, чем при аэробном дыхании. В процессе брожения образуется не только углекислый газ и вода, но и ряд более сложных продуктов: винный спирт, масляная, уксусная кислоты и др.
Тип брожения
|
Какими микроорганизмами вызывается
|
Конечный продукт брожения
|
Молочнокислое
|
Бактерии родов Lactobacillus, Streptococcus, Bifidobacterium
|
Из пирувата образовывается молочная кислота.
|
Спиртовое
|
Дрожжи (Saccharomyces), некоторые бактерии (Sarcina), грибы (Mucor)
|
Гексозы распадаются на этанол и углекислый газ.
|
Муравьинокислое
|
Представители семейства Enterobacteriaceae
|
Муравьиная кислота
|
Пропионовокислое
|
Пропионобактерии
|
Из пирувата образовывается пропионовая кислота.
|
Уксуснокислое
|
Бактерии рода Acetobacter
|
Окисление спирта до уксусной кислоты.
|
Маслянокислое
|
Некоторые виды клостридий
|
Масляная кислота
| |
Скачать 54.35 Kb.