Физиология микроорганизмов. - Московская государственная

Федеральное государственное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Московская государственная академия ветеринарной
медицины и биотехнологии имени К.И.Скрябина»
_____________________________________________________
Т.Н. Грязнева
Физиология микроорганизмов
Лекция
Москва – 2011
УДК 619:615
Грязнева Т.Н. Физиология микроорганизмов /Лекция.М.: ФГОУ ВПО МГАВМиБ.- 2011. - 23 с.
Предназначена для студентов высших учебных заведений по специальностям 111801 - «Ветеринария», 020207
- «Биофизика», 020208 - «Биохимия», 110501 – «Ветсанэкспертиза», 080402 (351100) – «Товароведение и экспертиза товаров», 111100 – «Зоотехния».
Рецензенты:
доктор ветеринарных наук, профессор Гаврилов В.А.
доктор ветеринарных наук, профессор Гнездилова Л.А.
Утверждены учебно-методической и клинической комиссией факультета ветеринарной медицины ФГОУ ВПО
МГАВМиБ (протокол № 7 от 21 марта 2011 г.).
2
Физиология микроорганизмов
Cодержание
Введение.
1. Химический состав бактерий.
2. Питание и метаболизм бактерий.
3. Ферментативные свойства бактерий.
4. Рост и размножение бактерий.
5. Культивирование микроорганизмов.
Заключение.
Вопросы для самоконтроля
Литература
1. Грязнева Т.Н., Родионова В.Б., Муравьева В.Б., Бурлакова
Г.И., Шайкова Н.В. Самостоятельная подготовка студентов по
дисциплине «Микробиология» с тестовыми заданиями: Учебное
пособие.– М.: ФГОУ ВПО МГАВМиБ, 2008.
2. Грязнева Т.Н., Родионова В.Б. Микробиология //Методические рекомендации по изучению дисциплины и выполнению
самостоятельной работы для студентов факультета ветеринарной медицины.- М.: ФГОУ ВПО МГАВМиБ.- 2008.
3. Колычев Н.М., Госманов Р.Г. Ветеринарная микробиология
и иммунология: Учебник.- М.: КолосС.- 2006.
4. Костенко Т.С., Родионова В.Б., Скородумов Д.И. Практикум
по ветеринарной микробиологии.- М.: КолосС.- 2008.
Введение
Микроорганизмы - это уникальные биологические системы,
широко распространенные в природе.
Несмотря на простоту строения, бактериальная клетка живет
и размножается, растет, стареет и умирает, как и любая другая
клетка живой природы.
В процессе жизнедеятельности микроорганизмов их клетки
непрерывно претерпевают количественные и качественные изменения, определяющие их способность приспосабливаться к
окружающей среде.
Физиология микроорганизмов изучает:
1. Жизнедеятельность микробной клетки.
3
2. Процессы питания.
3. Дыхание.
4. Размножение и рост.
5. Закономерности взаимодействия с окружающей средой.
Физиологию микроорганизмов необходимо знать для:
 постановки диагноза на инфекционные болезни;
 понимания патогенеза инфекционного заболевания;
 выбора тактики лечения и профилактики болезни;
 изучения механизмов культивирования, дифференцирования и идентификации микроорганизмов;
 разработки технологий производства биопрепаратов.
1. Химический состав бактерий
Клетка - универсальная единица живой материи.
По химическому составу существенных отличий прокариотических и эукариотических клеток нет.
ВОДА – 70 - 90%
СУХОЙ ОСТАТОК – 10 - 30%
БЕЛОК – 50 - 80%
УГЛЕВОДЫ – 12 - 15%
ЛИПИДЫ – 9 - 10 (40)%
СУХОЙ ОСТАТОК
РНК – 10 - 16%
ДНК – 3 - 4%
МИН. ВЕЩЕСТВА – 2 - 14 (40)%
Основными химическими компонентами бактериальной клетки являются кислород, водород, углерод, азот, фосфор. В состав
бактерий входит 70-90% воды и 10-30% сухого остатка.
Вода выполняет роль
1. Растворитель - участвует в обменных процессах (дисперсия белков, углеводов, жиров).
2. Механическая - обеспечивает тургор.
Химические элементы входят в состав различных веществ воды, белков, липидов, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот.
4
Многие вещества бактериальная клетка может получать извне из окружающей среды или организма хозяина.
Химические элементы, входящие в состав бактерий можно
разделить на три основные группы – биогенные, макроэлементы,
микроэлементы.
Биогенные химические элементы - 95% сухого остатка
С, О, N, H
Макроэлементы - 4,99%
P, S,Cl, K, Mg, Ca, Na
Микроэлементы - 0,01%
Fe, Cu, I, Co, Mo и др.
На долю биогенных химических элементов приходится 95%
сухого остатка, в т.ч. 50% - C, 20% - O, 15% - N, 10% - H.
На микроэлементы приходятся доли процента, однако они
имеют важное значение в обменных процессах.
Белки встречаются во всех структурных элементах клетки.
Белки могут быть более простые (протеины), состоящие из аминокислот, и сложные (протеиды), состоящие из аминокислот и
других веществ (полисахариды, нуклеиновые кислоты, липиды).
Такие сложные белки называют нуклеопротеиды, глюкопротеиды, липопротеиды.
Выделяют структурные (структурообразующие) и функциональные (регуляторные) белки. К последним относятся ферменты.
Белки участвуют в обмене веществ (ферменты, резервные
белки (запасные вещества), входят в состав структурных компонентов клетки (флагеллин, белки клеточной стенки, пилин и др.).
Белки обуславливают:
 ферментативную активность;
 антигенность;
 иммунногеность;
 вирулентность;
 видовую принадлежность;
 приспособляемовть к факторам внешней среды.
В состав белков микроорганизмов входят как обычные для
эукариотов аминокислоты, так и оригинальные - диаминопимелиновая, D-аланин, D-глютанин, входящие в состав пептидоглика5
нов и капсул некоторых бактерий.
Только в спорах находится дипиколиновая кислота, с которой связана высокая резистентность спор.
Жгутики построены из белка флагеллина, обладающего сократительной способностью и выраженными антигенными свойствами.
Пили (ворсинки) содержат особый белок - пилин.
Белки входят в состав пептидогликана - биополимера, составляющего основу бактериальной клеточной стенки.
Свойства пептидогликана:
 содержит родо- и видоспецифические антигенные детерминанты;
 Запускает классический и альтернативный пути активации
системы комплемента;
 тормозит фагоцитарную активность и миграцию макрофагов;
 инициирует развитие гиперчувствительности замедленного
типа (ГЗТ);
 обладает противоопухолевым действием;
 оказывает пирогенное действие, т.е. вызывает лихорадку.
Углеводы делятся на простые (моно- и дисахариды) и сложные (полисахариды) - глюкопротеиды, липополисахариды.
Углеводы в бактериальной клетке встречаются чаще в виде
полисахаридов, которые могут быть экзо- и эндоклеточными.
Среди экзоклеточных полисахаридов выделяют каркасные
(входят в состав капсул) и истинно экзополисахариды (выходят
из бактериальных клеток во внешнюю среду).
Среди бактериальных полисахаридов многие находят применение в медицине, биотехнологии, молекулярной биологии.
Декстраны - полисахариды с большой молекулярной массой,
по виду напоминают слизь.
В 6% концентрации декстран применяется в качестве кровезаменителя (полиглюкин).
Декстрановый гель сефадекс используется в колоночной
хроматографии как молекулярное сито.
Эндоклеточные полисахариды - запасные питательные вещества клетки (крахмал, гликоген и др.).
Липополисахарид (ЛПС) - один из основных компонентов клеточной стенки грамотрицательных бактерий, представляет собой
соединение липида с полисахаридом.
6
Синонимы ЛПС - эндотоксин, О - антиген.
ЛПС выполняет две основные функции:
 определяет антигенную специфичность бактерий;
 является одним из основных факторов патогенности, т.к.
представляет собой эндотоксин, токсические свойства которого
проявляются преимущественно при разрушении бактериальных
клеток.
ЛПС запускает синтез более 20 биологически активных веществ, определяющих патогенез эндотоксикоза и обладает пирогенным действием.
Липиды (главным образом фосфолипиды) содержатся в цитоплазматической мембране (липидный бислой), в также в
наружной мембране грамотрицательных бактерий.
Микобактерии содержат большое количество липидов (до
40% сухого остатка).
В состав липидов входят различные жирные кислоты, весьма специфичные для разных групп микроорганизмов. Их определение имеет в ряде случаев диагностическое значение, например у анаэробов, микобактерий.
У микобактерий туберкулеза липиды определяют многие
свойства:
 устойчивость к кислотам, щелочам и спиртам;
 трудная
окрашиваемость
красителями
(используют
рамм альные методы окраски, чаще - по Цилю- Нильсену);
 устойчивость к солнечной радиации и дезсредствам;
 патогенность.
Тейхоевые кислоты встречаются в клеточных стенках
раммположительных бактерий. Представляют собой водорастворимые линейные полимеры, содержащие остатки глицерина
или рибола, связанные фосфодиэфирными связями.
С тейхоевыми кислотами связаны главные поверхностные
антигены ряда грамположительных бактерий.
Нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК.
ДНК бактерий двух видов:
 в нуклеоиде – хромосомная;
 в плазмидах – внехромосомная.
Рибонуклеиновые кислоты (РНК) находятся главным образом в рибосомах (рРНК – 80-85%).
Количество транспортных тРНК составляет – 10%, матричных (информационных) мРНК- 1-2%.
7
Механизм синтеза белка у бактерий
Процесс транскрипции и трансляции у бактерий может проходить одновременно, без «созревания иРНК», в отличие от эукариотов.
2. Питание и метаболизм бактерий
Бактериальные клетки не имеют специальных органов питания, т.е. являются голофитными и всеядными. Вещества в клетку
поступают только в растворенном виде.
Питание микроорганизмов - это процесс переноса электронов через дыхательную цепь от доноров к акцепторам с образованием АТФ.
Дыхание микроорганизмов - это энергетический процесс, в
ходе которого бактерии получают жизненно необходимую энергию.
Поступление питательных веществ в микробную клетку может происходить с помощью следующих механизмов:
 облегченная диффузия – осмос;
 простая диффузия (пассивный транспорт) – осмос и белкипереносчики;
 активный транспорт – ферменты-пермеазы;
 перенос (транслокация) радикалов - с затратой энергии и
расщеплением субстрата.
8
Существует три способа получения энергии у бактерий:
1 Брожение.
2. Дыхание.
3. Фотосинтез.
Способы получения энергии у бактерий
Брожение
Субстратное
фосфорилирование
Дыхание
Фотосинтез
Окислительное
фосфорилирование
Бескислородный
и кислородный
Брожение - серия окислительно-восстановительных реакций,
в ходе которых происходит субстратное фосфорилирование.
Дыхание - окисление восстановленных соединений с переносом электрона через локализованную в мембране дыхательную
электронотранспортную цепь, создающую трансмембранный
градиент протонов, при использовании которого синтезируется
АТФ (окислительное фосфорилирование).
Фотосинтез бактерий может быть двух типов бескислородный, с использованием бактериохлорофилла (зелёные, пурпурные и гелиобактерии) и кислородный с использованием хлорофилла (цианобактерии).
Особенности питания бактерий:
 отсутствие органов пищеварения (питательные вещества
поступают через всю поверхность клеточной оболочки);
 преобладает ассимилятивный (синтез) метаболизм;
 всеядность;
 в клетку поступают только растворимые вещества.
Классификация бактерий по потребности в углероде
Гетеротрофы (литотрофы)
Метатрофы
(сапрофиты)
Автотрофы (органотрофы)
Паратрофы
(паразиты)
По источникам углерода, необходимого для построения био
9
полимеров, бактерии делятся на следующие группы:
 гетеротрофы – нуждаются в органических углеродосодержащих соединениях (углеводы, углеводороды, аминокислоты,
органические кислоты) как биологического, так и не биологического происхождения.
 автотрофы - не нуждаются в сложных органических углеродосодержащих соединениях, т.к. могут использовать СО2.
Гетеротрофы, в свою очередь, разделяются на сапрофитов
(метатрофы), живущих за счет органических соединений, поступающих в бактериальную клетку из внешней среды и паразитов
(паратрофы), способных утилизировать только продукты метаболизма внутри живой клетки.
Паразитизм бактерий может быть факультативным и абсолютным или облигатным.
Классификация бактерий по источнику получения энергии
Фототрофы
Хемотрофы
Хемолитотрофы
Хемоорганотрофы
В зависимости от источника получения энергии микроорганизмы делятся на:
 фототрофы, способные использовать солнечную энергию;
 хемотрофы, получающие энергию за счет окислительновосстановительных реакций.
В дополнение к этой классификации в зависимости от природы доноров электронов микроорганизмы подразделяются на:
 литотрофы (используют в качестве доноров электронов
неорганические соединения) - фототрофные литотрофы и хемотрофные литотрофы;
 органотрофы (используют только органические соединения) - фотоорганотрофы и хемоорганотрофы.
К хемоорганотрофам принадлежит значительное большинство бактерий, в том числе и патогенные для человека и животных виды.
Кроме углерода, азота и других химических элементов, многие бактерии нуждаются в факторах роста (витамины, основа10
ния нуклеиновых кислот и другие биологически активные вещества).
По этому признаку микроорганизмы можно разделить на две
группы:
 ауксотрофы, для которых в среде необходимо наличие одного или нескольких факторов роста;
 прототрофы, которые не нуждаются в факторах роста.
Прототрофы способны синтезировать все необходимые им
органические соединения (углеводы, аминокислоты и др.) из химических соединений.
Классификация бактерий по потребности в факторах роста
Ауксотрофы
Прототрофы
Многие патогенные бактерии нуждаются в факторах роста.
По источникам азота выделяют:
 азотфиксирующие микроорганизмы;
 микроорганизмы, ассимилирующие неорганический азот;
 микроорганизмы, ассимилирующие органический азот.

Классификация бактерий по источнику получения азота
Азотфиксирующие
Ассимилирующие
неорганический азот
Ассимилирующие
органический азот
Азотфиксирующие микроорганизмы способны усваивать молекулярный азот атмосферы.
Микроорганизмы, ассимилирующие неорганический азот солей аммония, нитратов или нитритов называются, соответственно, аммонифицирующими, нитратредуцирующими и нитритредуцирующими.
Многие патогенные для человека и животных бактерии способны ассимилировать только азот органических соединений.
Таким образом, большинство патогенных бактерий являются
гетеротрофами, паратрофами, ауксотрофами и хемоорганотрофами.
11
Патогенные бактерии
Гетеротрофы - используют в качестве источника углерода
органические соединения биологического происхождения.
Паратрофы - способны утилизировать продукты метаболизма внутри живой клетки.
Ауксотрофы - нуждаются в факторах роста и витаминах.
Хемоорганотрофы - получают энергию за счет окислительно-восстановительных реакций органических соединений.
У бактерий выделяют аэробное и анаэробное дыхание.
При аэробном дыхании конечным акцептором электронов является молекулярный кислород (О2), при анаэробном - связанный кислород (-NO3 , =SO4, =SO3).
Типы дыхания у бактерий
Аэробы
Облигатные
Микроаэрофилы
Анаэробы
Факультативные
Облигатные
Аэротолерантные
Строгие
Прямое окисление
Н2О2
Непрямое окисление
(фосфорилирование)
Органические кислоты, СН4, Н3S, NH3
По типу дыхания выделяют четыре группы микроорганизмов.
1. Облигатные (строгие) аэробы. Им необходим молекулярный (атмосферный) кислород для дыхания.
2. Микроаэрофилы нуждаются в уменьшенной концентрации
(низком парциальном давлении) свободного кислорода. Для создания этих условий в газовую смесь для культивирования
обычно добавляют CO2, например до 10% концентрации.
3. Факультативные анаэробы могут потреблять глюкозу и
размножаться в аэробных и анаэробных условиях. Среди них
12
имеются микроорганизмы, толерантные к относительно высоким
(близким к атмосферным) концентрациям молекулярного кислорода - т.е. аэротолерантные, а также микроорганизмы, которые
способны в определенных условиях переключаться с анаэробного на аэробное дыхание.
4. Строгие анаэробы размножаются только в анаэробных
условиях, т.к. молекулярный кислород для них губителен.
Биохимически анаэробное дыхание протекает по типу бродильных процессов, молекулярный кислород при этом не используется.
Аэробное дыхание энергетически более эффективно (синтезируется большее количество АТФ).
Конечными продуктами при аэробном дыхании является перекись водорода, а при анаэробном - органические кислоты и
биогаз.
Метаболизм бактерий [от греч. metahole, изменение] — это
обмен веществ, представляющий собой совокупность двух взаимосвязанных противоположных процессов - катаболизма и анаболизма.
Катаболизм (диссимиляция) - распад веществ в процессе
ферментативных реакций и накопление выделяемой при этом
энергии в молекулах АТФ (энергетический обмен).
Анаболизм (ассимиляция) - синтез веществ с затратой энергии (конструктивный обмен).
Особенности метаболизма у бактерий состоят в том, что:
 его интенсивность имеет достаточно высокий уровень, что
обусловлено гораздо большим соотношением поверхности к
единице массы, чем у многоклеточных;
 процессы диссимиляции преобладают над ассимиляцией;
 субстратный спектр потребляемых бактериями веществ
очень широк - от углекислого газа, азота, нитритов, нитратов до
органических соединений, включая антропогенные вещества загрязнители окружающей среды (обеспечивая тем самым процессы ее самоочищения);
Метаболизм бактерий определяется 3 группами ферментов:
 конститутивные, синтез которых происходит постоянно;
 индуцибельные (наведенные), синтез которых индуцируется
наличием субстрата;
 репрессибельные, синтез которых подавляется избытком
продукта реакции.
13
Конструктивный
Индукция
синтеза
ферментов
Индуцибельный
Репрессия
синтеза
ферментов
Ингибирование
активности
ферментов
Активация
ферментов
Механизмы микробного метаболизма
Конструктивный механизм микробного метаболизма обусловлен индукцией и репрессией синтеза ферментов, а индуцибельный – ингибированием активности или активацией ферментов.
3. Ферментативные свойства бактерий
Бактерии синтезируют и используют в своей жизнедеятельности более 2000 видов ферментов, часть из которых синтезируется бактериями для жизненно необходимых процессов обмена
веществ внутри клетки (эндоферменты), а другая – для расщепления питательных субстратов в окружающей среде с последующим их усвоением и утилизацией (экзоферменты).
В соответствии с катализирующими реакциями, все ферменты подразделяют на 6 основных классов:
1. Оксидоредуктазы - катализируют окислительно-восстановительные реакции.
2. Трансферазы - участвуют в переносе групп атомов.
3. Гидролазы - осуществляют гидролитическое расщепление
различных соединений.
4. Лиазы - катализируют реакции отщепления от субстрата
химической группы негидролитическим путем с образованием
двойной связи или присоединения химической группы к двойным
связям.
5. Лигазы или синтетазы - обеспечивают соединение двух
молекул, сопряженное с расщеплением пирофосфатной связи в
молекуле АТФ или аналогичного трифосфата.
6. Изомеразы - определяют пространственное расположение
групп элементов.
В бактериологии для дифференциации микроорганизмов по
биохимическим свойствам основное значение часто имеют конечные продукты обмена веществ и результаты действия фер14
ментов. В соответствии с этим существует микробиологическая
(рабочая) классификация ферментов.
1. Сахаролитические.
2. Протеолитические.
3. Аутолитические.
4. Окислительно-восстановительные.
5. Ферменты патогенности (вирулентности).
Ферментный состав клетки определяется геномом (ДНК) и
является достаточно постоянным признаком бактерий.
Ферменты определяют биохимические свойства бактерий,
знание которых позволяет идентифицировать их по набору ферментов.
Биохимические тесты для идентификации бактерий
Основные продукты ферментирования углеводов и белков кислота, газ, индол, сероводород, хотя реальный спектр для различных микроорганизмов намного более обширный.
Основные ферменты вирулентности, которые являются
факторами патогенности бактерий - гиалуронидаза, плазмокоагулаза, лецитиназа, нейраминидаза, ДНК-аза.
Определение ферментов патогенности имеет значение при
идентификации ряда микроорганизмов и выявления их роли в
развитии инфекционных болезней животных.
Ряд ферментов микроорганизмов широко используется в медицине и биологии (аутолитические, протеолитические), в генной
инженерии (рестриктазы, лигазы).
15
4. Рост и размножение бактерий
Размножение бактерий – увеличение числа клеток в популяции микроорганизмов (самовоспроизводство).
Рост бактерий - увеличение массы клеток без изменения их
числа в популяции как результат скоординированного формирования всех клеточных компонентов и структур.
Размножение характеризуется временем генерации (интервал времени, за который число клеток удваивается) и таким понятием, как концентрация бактерий (число клеток в единице
объема субстрата).
Время генерации кишечной палочки 20 мин, возбудителя туберкулеза 30 час.
В отличие от митотического цикла деления у эукариотов,
размножение большинства бактерий идет путем бинарного (поперечного) деления, а актиномицетов - почкованием.
Делению бактериальной клетки предшествуют:
1. Репликация (удвоение) нуклеоида.
2. Образование межклеточной оболочки.
Деление грамположительных (а) и грамотрицательных (б)
бактерий
1 – клеточная стенка; 2 – цитоплазматическая мембрана; 3 –
нуклеоид (хромосомная ДНК)
Грамположительные бактерии делятся пополам путем врастания синтезируемых перегородок внутрь клетки, а грамотрицательные - путем образования перетяжек.
16
Механизм бинарного (поперечного) деления бактерии
При изучении процесса размножения бактерий необходимо
учитывать, что бактерии всегда существуют в виде более или
менее многочисленных популяций и развитие бактериальной популяции в жидкой питательной среде в периодической культуре
можно рассматривать как замкнутую систему.
Край колонии
Центральная часть колонии
Расположение бактерий в колониях на поверхности
плотных питательных сред
17
Закономерность роста бактериальной популяции выражается
графически в виде зависимости логарифма живых клеток и времени (изменение концентрации бактерий с течением времени
культивирования).
Кинетическая кривая роста бактерий
1 - фаза задержки размножения (lag-фаза); 2 - фаза ускорения
роста; 3 - фаза логарифмического роста (log-фаза); 4 - фаза
замедления роста; 6 - стационарная фаза; 6 - фаза отмирания.
В этом процессе выделяют 6 основных фаз:
1. Начальная (лаг-фаза) или фаза задержки размножения характеризуется отсутствием размножения клеток, т.к. в эту фазу
у бактерий происходит индукция синтеза ферментов, предназначенных для расщепления и утилизации питательных веществ в
среде. Чем быстрее бактерии начнут продуцировать необходимые для размножения ферменты, тем короче будет лаг-фаза.
2. Фаза ускорения роста - характеризуется началом интенсивного роста клеток, но скорость их деления остается низкой.
3. Фаза логарифмического роста (log-фаза) или экспоненциальная фаза - характеризуется максимальной скоростью деления клеток и резким увеличением числа клеток в популяции.
4. Фаза замедления роста – характеризуется снижением скорости размножения, что связано с уменьшением в среде питательных веществ.
5. Стационарная фаза - наступает тогда, когда число клеток в
популяции перестает увеличиваться. Это связано с тем, что
наступает равновесие между числом вновь образующихся и
18
гибнущих клеток. Число живых бактериальных клеток в популяции на единицу объема питательной среды в стационарной
фазе обозначается как М-концентрация. Этот показатель является характерным признаком для каждого вида бактерий.
6. Фаза отмирания - характеризуется преобладанием в популяции числа погибших клеток и прогрессивным снижением числа
жизнеспособных клеток популяции. Прекращение роста численности (размножения) популяции микроорганизмов наступает в связи с истощением питательной среды и накоплением в
ней продуктов метаболизма микробных клеток.
В бактериологии существует такое понятие, как «вторичный
синтез бактерий», который наблюдается в стационарную фазу
или в фазу отмирания.
Вторичный синтез связан с автолизом погибших бактерий и
со способностью живых бактерий усваивать продукты автолиза,
выживая еще какое-то время.
Тем не менее, этот процесс не бесконечен и рано или поздно
популяция бактерий при культивировании их в замкнутой системе неизбежно погибает.
5. Культивирование микроорганизмов
Для лабораторной диагностики инфекционных болезней, изучения биологических свойств микроорганизмов и при производстве биопрепаратов микроорганизмы культивируют на искусственных питательных средах.
Культивирование микроорганизмов – это создание искусственных условий для обеспечения процессов жизнедеятельности и размножения микроорганизмов.
С помощью искусственных питательных сред можно определить подвижность микроорганизмов, некоторые биохимические
свойства бактерий и провести первичную их идентификацию.
Основные принципы культивирования микроорганизмов на
питательных средах.
1. Удовлетворение питательных потребностей микроорганизмов (использование всех необходимых для соответствующих
микроорганизмов питательных компонентов).
2. Оптимальные температура, рН, rH2, концентрация ионов,
степень насыщения кислородом, газовый состав и давление.
19
По температурному оптимуму роста выделяют три основные группы микроорганизмов.
1. Психрофилы - растут при температурах ниже 20ºС.
2. Мезофиллы - растут в диапозоне температур от 20 до 45ºС
(часто оптимум - при 37ºС).
3. Термофилы - растут при температурах выше 45ºС.
Посев в чашки Петри
Термостат
Для культивирования микроорганизмов в лабораторных условиях используется специальная лабораторная посуда (пробирки,
чашки Петри, матрацы и др.), в которую вносят жидкие или плотные питательные среды. После посева микроорганизмов на питательные среды их помещают в термостат и культивируют при
оптимальной температуре.
Биореакторы объемом 250 л.
20
В условиях биопредприятий при производстве, например,
вакцин используют биореакторы разной вместимости (от нескольких до 10000 л.). В биореактор заливается стерильная питательная среда и создаются необходимые условия для культивирования микроорганизмов.
Анаэробные микроорганизмы культивируют в анаэростатах.
Анаэростат
Для культивирования разных видов микроорганизмов биопромышленностью выпускаются различные питательные среды.
Питательные среды - это субстанции, содержащие различные
вещества, необходимые для размножения и роста микроорганизмов в лабораторных или промышленных условиях.
Питательные среды классифицируют в зависимости от исходных компонентов, консистенции, целевого назначения, химического состава и т.п.
Питательные среды применяют для наращивания биомассы
микроорганизмов, выделения их в чистой культуре, изучения
биологических свойств, для длительного сохранения свежевыделенных и производственных культур.
В питательные среды должны входить соединения, служащие
источниками углерода, азота, фосфора, витаминов и других компонентов, необходимых для жизнедеятельности микроорганизмов.
21
Питательные среды
По происхождению: 1. Натуральные
2. Полусинтетические
3. Синтетические
По составу:
1. Простые
2. Сложные
По консистенции:
1. Жидкие
2. Полужидкие
3. Плотные
По назначению:
1. Общеупотребительные
2. Специальные:
а) дифференциально- диагностич.
б) ингибиторные
в) элективные
г) накопительные
д) селективные
е) индикаторные
ж) консервирующие
з) транспортные
По масштабам
использования:
1. Производственные
2. Лабораторные
Классификация питательных сред
Многие среды выпускаются уже готовыми к использованию
(коммерческие питательные среды).
Сухие питательные среды необходимо растворить в дистиллированной воде, сварить и простерилизовать в автоклаве.
После стерилизации питательные среды охлаждают до (5060)°С, а затем разливают в чашки Петри или в пробирки.
22
Заключение
Микроорганизмы – прокариоты - это уникальные биологические системы, широко распространенные в природе, имеющие
сходства и различия с клетками животных и растений.
Несмотря на относительно простые организацию и строение,
бактериальная клетка является исключительно адаптивной к
условиям внешней среды и занимает свою экологическую нишу.
В ходе развития популяции микроорганизмы претерпевают
количественные и качественные изменения, определяющие уникальные свойства бактерий к выживанию во внешней среде.
Вопросы для самоконтроля
1. Почему необходимо знать физиологию микроорганизмов?
2. На какие группы делятся химические элементы, входящие
в состав бактерий?
3. Какие свойства бактерий обуславливают белки?
4. Что представляет собой липополисахарид бактерий?
5. В состав каких структурных компонентов бактерий входят
липиды?
6. В чем состоят особенности нуклеиновых кислот бактерий?
7. С помощью каких механизмов происходит поступление питательных веществ в микробную клетку?
8. Назовите способы получения энергии у бактерий.
9. На какие группы классифицируются бактерии по потребности в углероде?
10. Какие бактерии называются хемотрофами?
11. К каким группам относятся патогенные бактерии в соответствии с их потребностью в углероде и в факторах роста, по
источнику получения энергии?
12. Типы дыхания у бактерий.
13. Какими группами ферментов определяется метаболизм у
бактерий?
14. Механизм деления грамположительных и грамотрицательных бактерий.
15. Охарактеризуйте фазы роста бактериальной культуры, выращиваемой в замкнутой системе.
16. Способы культивирования микроорганизмов.
17. Классифицируйте питательные среды, предназначенные
для культивирования бактерий.
23
24