кекер. Конспект лекций по спецкурсу Важнейшие группы прокариотических микроорганизмов
 Скачать 1.55 Mb.
|
|
Пропионовокислые бактерии Пропионовокислые бактерии объединены в род Propionibacterium, который входит в состав семейства Propionibacteriaceae. В целом пропионовокислые бактерии характеризуются как грамположительные, каталазоположительные, неспорообразующие, неподвижные, факультативные анаэробы или аэротолератные. Клетки часто булавовидной формы с одним концом закругленным и другим суженным; некоторые клетки могут быть кокковидными, раздвоенными или разветвленными, но нитчатые формы отсутствуют. Расположение клеток одиночное, в парах, коротких цепочках, V- или Y-конфигурациях, а также группами в виде «китайских иероглифов». Бактерии содержат менахиноны, С 15 -насыщенную жирную кислоту мембранных липидов и образуют пропионовую кислоту при брожении, откуда и получили свое название. В слабоаэрируемых условиях пропионовокислые бактерии могут осуществлять аэробное дыхание. Содержание ГЦ-пар в ДНК 53–67 %. Оптимум температуры для роста 30–37 ºС. Формируют колонии кремового, желтого, оранжевого, красного, коричневого цвета. 103 На основании высокой степени гомологии нуклеотидных последовательностей 16S-рРНК в род Propionibacterium включены три подгруппы пропионовых бактерий: классические, кожные и Propionibacterium pro-pionicus. Классические бактерии обитают главным образом в молоке, сырах (отсюда и другое название – молочные пропионовые). Кожные бактерии обитают на коже людей, в рубце жвачных животных. Их рассматривают как биологическую защиту человека и полезную естественную микрофлору рубца животных. Они усиливают иммуностимулирующие реакции у людей, благотворно влияют на сельскохозяйственных животных и птиц, и поэтому нашли применение как компоненты лечебных и профилактических препаратов. Кожные пропионовые бактерии живут не только на поверхности нормальной кожи людей, их выделяют также из угрей, реже из содержимого желудка, ран, крови, гнойных и мягких тканевых абсцессов, хотя вопрос о причастности этих бактерий к возникновению заболеваний утвердительного ответа не имеет. Таким образом, классические и кожные пропионовые бактерии различаются, прежде всего, по характерным местам их обитания в природе. Кроме того, классические пропионовые бактерии, в отличие от кожных, не образуют индола и не способны к гидролизу желатины. Третья подгруппа пропионовокислых бактерий включает только один вид – Propionibacterium propionicus. Бактерии этого вида обитают в почве. К классическим пропионовокислым бактериямотносятся четыре вида: P. freudenreichii, P. thoenii, P. jensenii, P. acidipropionici. К кожным пропионовокислым бактериямотносятся три вида: P. acnes, P. avidum, P. granulosum. Типовой вид – Propionibacterium freudenreichii. Синтетические способности пропионовокислых бактерий хорошо развиты, хотя и различаются у разных видов и штаммов. Установлено, что некоторые пропионовокислые бактерии способны фиксировать молекулярный азот, использовать углеводороды, самостоятельно синтезировать витамины. Все пропионовокислые бактерии синтезируют витамин В 12 , принимающий участие в брожении, синтезе белка, ДНК, в регуляции синтеза ДНК и некоторых других реакциях. Продукты, выделяемые бактериями при брожении: пропионовую и уксусную кислоты, а также биомассу бактерий, широко применяют на практике. В зависимости от целей производства используют энзиматически неактивную или энзиматически активную биомассу. Энзиматически неактивная биомасса применяется в животноводстве как белок одноклеточных организмов, богатый у пропионовокислых бактерий серосодержащими аминокислотами, особенно метионином, а также 104 треонином и лизином, витаминами группы В. В корм животных рекомендуют добавлять биомассу бактерий P. freudenreichii, положительный эффект которой обусловлен обогащением корма микроэлементами, находящимися в биологически активной форме, витаминами и белком. Биомасса неживых (термически обработанных) бактерий служит источником витамина В 12 , поскольку он выдерживает нагревание. Убитые нагреванием кожные бактерии (P. acnes и P. granulosum) рекомендованы для производства иммуностимулирующего препарата. Показано, что эти бактерии стимулируют образование антител, обладают антивирусными и антибактериальными свойствами. Кроме того, в ряде лабораторий установлено, что бактерии P. acnes способны замедлять рост различных (включая злокачественные) опухолей, а также инвазию опухолей за счет усиления защитных реакций организма. Еще более поразительный факт заключается в том, что P. acnes ингибирует распространение метастазов в организме. Иммунотерапия рака наиболее эффективна после операций, поскольку при этом удаляются источники диссимиляции опухолевых клеток, а также при химиотерапевтической ремиссии лейкемии. Наблюдения проводились не только на животных, но и на людях: они подтвердили безопасность убитых P. acnes для клинического применения. Убитые бактерии P. granulosum являются источником порфиринов. Порфирины и металлокомплексы используют как красители и пигменты, включая красители для пищевых целей, как катализаторы реакций окисления- восстановления; катализаторы реакций окисления углеводородов, меркаптанов в нефти, нефтепродуктах и т. д. Они могут применяться как диагностические и лечебные препараты. Вторая категория производств основана на выращивании и получении энзиматически активной биомассы. Это производство: • заквасок для сыроделия. Твердые сычужные сыры, в изготовлении которых обязательно принимают участие пропионовокислые бактерии, производят повсеместно; • витамина В 12 . Витамин В 12 с использованием ферментации пропионовокислых бактерий выпускают в России, Великобритании, Венгрии и других странах мира. Производство витамина В 12 методом химического синтеза практически невозможно; • заквасок для хлебопечения. Пропионовокислые бактерии, наряду с дрожжами и молочнокислыми бактериями, вводят в некоторые закваски для теста с целью образования в процессе ферментации, помимо молочной и уксусной кислот, еще и пропионовой. Такой хлеб содержит до 0,28 % пропионовой кислоты, срок его хранения увеличивается в связи с ингибирующим действием пропионовой кислоты на рост плесневых грибов. 105 Кроме того, такой хлеб обогащен витамином В 12 ; это особенно важно для вегетарианцев и лиц, страдающих различными заболеваниями, причиной которых служит дефицит витамина В 12 в организме; • заквасок для силосования кормов; • пропионовой кислоты как фунгицида. Известно, что вредители уничтожают 15 % мирового урожая во время хранения. При влажности более 14 % зерно начинает нагреваться и плесневеть. Такие способы сохранения зерна, как его сушка, хранение при низкой температуре или в герметических условиях, в реальной жизни трудно достигаемы. Но существует еще один способ, который уже применяется в некоторых странах, предусматривающий обработку (опрыскивание) зерна слабым раствором (0,5–1,0 %) пропионовой кислоты. Пропионовая кислота останавливает рост семян, убивает микроорганизмы, и прежде всего плесневые грибы. Питательные качества такого корма повышаются, а вероятность заболевания животных микозом и микотоксикозом снижается. Кроме того, энзиматически активную биомассу пропионовокислых бактерий можно использовать для обессахаривания белка куриных яиц. Эта проблема возникла в связи с хранением сухого яичного белка. В свежем белке имеется активный лизоцим, обладающий бактерицидным действием, однако в процессе хранения активность его снижается и белок становится уязвимым для многих, прежде всего гнилостных бактерий, вызывающих порчу. Вследствие накопления продуктов разложения и окислительных процессов белок оказывается непригодным для употребления в пищу. Предложен способ консервации белка с использованием пропионовокислых бактерий. Он основан на их способности расти в жидком курином белке, сбраживая за 24 ч углеводы с образованием консервантов пропионовой и уксусной кислот. Коринеформные бактерии Коринеформные бактерии – сводная группа грамположительных неспорообразующих палочковидных бактерий неправильной формы. В состав группы входят следующие роды: Corynebacterium, Arthrobacter, Brevibacterium, Cellulomas, Clavibacter, Microbacterium и др. К роду Corynebacterium относятся бактерии с булавовидной формой клеток (от греч. coryne – булава). В развивающейся культуре одновременно могут находиться клетки палочковидной, конусообразной и булавовидной формы. Размеры клеток 0,3–0,8 × 1,5–8,0 мкм. Неподвижны. Помимо плеоморфизма, для представителей этого рода характерно «защелкивание» клеток при их делении. Оно происходит из-за того, что соединяющая дочерние клетки перегородка расслаивается на разных сторонах с разной 106 скоростью, так что клетки оказываются под углом друг к другу (V-сочетания клеток). Некислотоустойчивые. Внутри клеток, как правило, образуются метахроматиновые гранулы полиметафосфата. В клеточной стенке имеются арабиногалактановый полимер и мезо-диами-нопимелиновая кислота, а также специфические липиды – эфиры кориномиколовой и кориномиколеновой кислот, димиколат трегалозы, фосфаты маннозы и инозита. Коринебактерии – аэробы и факультативные анаэробы, хемоорганотрофы. Метаболизм смешанный – бродильный и дыхательный. Основным продуктом при сбраживании углеводов является пропионовая кислота. Большинство представителей коринебактерий имеют сложные пищевые потребности и нуждаются в витаминах группы В и биотине. На питательных средах формируют в основном пигментированные колонии (желтые, розовые, коричневые и др.). Среди коринебактерий имеются паразиты человека и животных и патогенные для них, а также сапрофитные виды. Типовым видом сапрофитных коринебактерий является C. glutamicum – продуцент глутаминовой кислоты. Бактерии сапрофитного вида C. mediolaneum способны осуществлять биологическую трансформацию стероидов. Сапрофитные коринебактерии широко распространены в почвах, пресных водоемах, на овощах и фруктах. Многие патогенные виды являются нормальными обитателями кожи, слизистых оболочек зева, носоглотки, глаз, дыхательных путей, уретры и половых органов. Основными патогенами человека из рода Corynebacterium являются бактерии вида C. diphtheriae (типовой вид), которые вызывают дифтерию. Большинство штаммов C. di- phtheriae невирулентны, являются нормальными обитателями дыхательных путей. Способность вызывать дифтерию они приобретают после заражения их бактериофагом β. После того как клетки становятся лизогенными, они начинают синтезировать дифтерийный токсин (главный фактор вирулентности). Основной путь передачи инфекции – воздушно-капельный; возможно также заражение через предметы, используемые больным, и инфицированные пищевые продукты (особенно молоко). Род Arthrobacterпредставлен палочковидными бактериями неправильной формы варьирующих размеров (0,8–1,2 × 1,0–8,0 мкм), образующими клетки различных сочетаний (V-, Y- и др.) и с булавовидными концами, но нити отсутствуют. Для артробактерий характерен цикл развития: кокк – палочка – кокк. Старые культуры полностью или главным образом состоят из кокковидных клеток (диаметр 0,6–1,0 мкм), которые образуются при распадании палочковидных бактерий. При посеве культуры в свежую питательную среду происходит прорастание кокковидных клеток. Прорастание осуществляется путем образования ростков, которых может 107 быть от одного до четырех на клетку. У большинства артробактерий полный цикл развития (кокк – палочка – кокк) завершается в течение 1–2 суток. Артробактерии – грамположительные, но легко обесцвечиваются. Некислотоустойчивые, неспорообразующие. Представители некоторых видов подвижны благодаря наличию жгутиков. По составу клеточной стенки отличаются от коринебактерий. Они не имеют арабиногалактана и миколовых кислот. Характерными аминокислотами клеточной стенки являются лизин или L,L-диаминопимелиновая кислота. Аэробы. Хемоорганотрофы. Метаболизм дыхательный, никогда не бывает бродильным. Многие виды нуждаются в факторах роста: биотине, тиамине, пантотеновой кислоте. Целлюлозу не гидролизуют, каталазоположительные. Температурный оптимум для роста 25–30 ºС. Оптимум рН для роста 7,0–8,0. Бактерии рода Arthrobacter являются одной из основных групп микроорганизмов, обитающих в различных почвах земного шара, а также в ризосфере растений. Их находят в воде и горных породах, торфе, кишечном тракте животных, в производственных и пищевых субстратах. Обладая значительным набором ферментов, артробактерии активно участвуют в круговороте веществ в природе, осуществляя процессы аммонификации и нитрификации, фиксации атмосферного азота и превращения труднодоступных для других микроорганизмов веществ: пластмасс, углеводородов, пестицидов, алкалоидов, лигнина и т. д. Многообразна биосинтетическая деятельность артробактерий. Они активно продуцируют аминокислоты, витамины, ауксины, внеклеточные полисахариды и пигменты; широко используются в микробиологической промышленности как продуценты органических кислот (лимонной и пантоевой), производных и предшественников нуклеиновых кислот (5- пуриннуклеотида, 6-азаурацилрибонуклеотида, НАД, гуанин-5-моно-фосфата, оротидиловой кислоты, ксантина), свободных аминокислот (гистидина, изолейцина, серина, триптофана, треонина, фенилаланина), протеолитических ферментов. Описано 30 видов бактерий рода Arthrobacter. Типовой вид – Arthrobacter globiformis. Бактерии рода Brevibacteriumв молодых культурах представлены палочками неправильной формы (0,6–1,2 × 1,5–6 мкм), одиночными или в парах и часто расположенными V-образно. Может встречаться ветвление, но мицелий не образуется. В старых культурах палочки распадаются на мелкие кокки. Бревибактерии – грамположительные, но легко обесцвечиваются, неподвижные, неспорообразующие, некислотоустойчивые. В их клеточной 108 стенке имеется DL-диаминопимелиновая кислота, но отсутствуют арабиногалактановый полимер и миколовые кислоты. Это облигатные аэробы, хемоорганотрофы, каталазоположительные. Метаболизм дыхательного типа. На агаризованных питательных средах формируют желто-оранжевые, серые или пурпурные колонии. Оптимальная температура для роста 20–35 ºС. Многие представители бревибактерий являются продуцентами биологически активных веществ (аминокислот, внеклеточных белков). Бревибактерии экологически связаны со специфическими орга-ническими субстратами – молочными продуктами, кожей рыб, пометом домашних птиц и т. д. Кроме того, они обнаруживаются на коже человека. Род Brevibacterium включает четыре вида: B. cаsei, B. epidermidis, B. iodinum, B. linens. Типовой вид – B. linens. Это соленоустойчивые микроорганизмы. Наиболее часто их можно обнаружить на поверхности мягких сыров, на коже морских рыб, на помете домашних птиц и в морской воде. Бактерии данного вида зависимы в витаминах группы В, колонии имеют желто-оранжевую пигментацию. Род Cellulomas – гетерогенная группа бактерий, утилизирующих целлюлозу. В молодых культурах бактерии этого рода представляют собой палочки неправильной формы (0,5–0,6 × 2,0–0,5 мкм). Они могут быть прямыми, угловатыми, слегка изогнутыми, а иногда булавовидными или располагаться в форме буквы V. В экспоненциальной фазе роста могут быть нитеобразными и могут давать первичные ответвления, но мицелий не образуют. В более старых культурах часть клеток может быть кокковидной. Однако для бактерий рода Cellulomas не характерен цикл кокков. Клетки некоторых представителей передвигаются с помощью одного полярного или нескольких латеральных жгутиков. Обнаружены и неподвижные представители. Эндоспор не образуют. Грамположительные; клетки легко обесцвечиваются, и часто в культуре наблюдается смесь грамположительных и грамотрицательных палочек. Некислотоустойчивые. Клеточные стенки не содержат мезо-диаминопимелино-вой кислоты, арабиногалактанового полимера и миколовых кислот. Факультативные анаэробы. Хемоорганотрофы, обладающие и дыхательным, и бродильным типом метаболизма с образованием кислоты из глюкозы и различных других углеводов в аэробных и в анаэробных условиях. Каталазоположительные. Восстанавливают нитраты до нитритов. При росте на агаризованной среде с пептоном и дрожжевым экстрактом образуют выпуклые желтые колонии. Оптимальная температура для роста 30 ºС. Хорошо растут при нейтральных значениях рН. Для роста нуждаются в биотине и тиамине. 109 Бактерии рода Cellulomas широко распространены в почвах, отходах бумажной промышленности, гниющем растительном материале. Род Cellulomas представлен восемью видами. Типовой вид – Cellulomas fla-vigena. Бактерии рода Clavibacterвыделены из рода Corynebacterium. Этот род объединяет виды аэробных фитопатогенных бактерий, клеточная стенка которых содержит 2,4-диаминомасляную кислоту, а не мезо-диа- минопимелиновую, как у бактерий других видов рода Corynebacterium. Кроме того, в клеточной стенке бактерий Clavibacter не содержатся миколовые кислоты и арабиногалактановый полимер. Бактерии рода Clavibacter представлены прямыми или слегка изогнутыми тонкими палочками (0,4–0,75 × 0,8–2,5 мкм) неправильной формы и часто клино- или булавовидной формы, преимущественно одиночными или в парах V-образной конфигурации. В старых культурах обнаруживаются кокковидные клетки, но цикл «палочки – кокки» не характерен. Грамположительные, неподвижные, неспорообразующие, некислотоустойчивые. Бактерии рода Clavibacter относятся к облигатным аэробам и хемоорганотрофам. Метаболизм дыхательного типа с образованием небольшого количества кислоты из глюкозы и некоторых других углеводов. Каталазоположительные, оксидазоотрицательные, индол не образуют, нитраты не восстанавливают. Оптимальная температура для роста 20–29 ºС; в редких случаях растут при температуре выше 35 ºС. Нуждаются в богатых питательных средах, растут медленно. Некоторые штаммы синтезируют желтый или голубой пигмент. Бактерии рода Clavibacter являются облигатными паразитами, вызывающими заболевания различных цветущих растений. Род Clavibacter представлен пятью видами: C. iranicus, C. michiganensis, C. rathayi, C. tritici, C. xyli. Типовой вид – C. michiganensis (возбудитель бактериального рака томатов). К |