Физиология микроорганизмов.

Особенности питания бактерий:

1) поступление питательных веществ внутрь через всю поверхность клетки

2) высокая скорость метаболизма.

3) быстрая адаптация к меняющимся условиям окружающей среды.

Типы питания.

Микробы нуждаются в углероде, азоте, кислороде, водороде, сере, фосфоре, калии и других элементах.

По источникам углерода для питания бактерии делятся на:

1) аутотрофы (aytos - сам, trophe - пища), которые используют для построения своих клеток диоксид углерода (CO₂) и другие неорганические соединения;

2) гетеротрофы (heteros - другой), которые питаются за счет готовых органических соединений.

Аутотрофами являются нитрифицирующие бактерии, которые находятся в почве, серобактерии, обитающие в воде, железобактерии, живущие в воде с закисным железом.

Гетеротрофы подразделяются на сапрофиты, которые используют органические остатки отмерших организмов и паразиты - нуждаются в белках живых тканей.

Выделяют облигатных и факультативных паразитов. Облигатные паразиты способны существовать только внутри клетки - это риккетсии, хламидии, вирусы. Факультативные паразиты могут менять тип питания и расти на питательных средах.

Выделяют 4 механизма проникновения веществ в клетку: 1) простая диффузия по градиенту концентрации; 2) облегченная диффузия по градиенту концентрации и с участием ферментов; 3) активный транспорт против градиента концентрации с затратой энергии и с участием пермеаз; 4) транслокации радикалов (перенос измененных молекул).

Рост и размножение бактерий.

Рост - увеличение размеров отдельной особи и упорядоченное воспроизведение всех химических компонентов и структур.

Размножение - процесс воспроизведения себе подобных особей, обеспечивающий продолжение существования вида.

Бактерии размножаются путем бинарного деления пополам, реже путем почкования. Размножение бактерий происходит в несколько стадий. Начинается с репликации ДНК. Бактерии, растущие на плотной питательной среде, образуют изолированные колонии округлой формы с ровными или неровными краями (S и R формы), различной консистенции и цвета, который зависит от пигмента бактерий.

Колонии - это скопление микроорганизмов одного вида, т.е. это чистая культура.

Основные принципы и методы культивирования бактерий.

Питательные среды, их классификация.

Питательные среды классифицируют по составу:

а) естественные - это натуральные продукты животного и растительного происхождения (молоко, яйца, сыворотка, кровь).

б) искусственные готовят по определенным рецептам из отваров животного происхождения с добавлением солей и пептона.

в) синтетические - содержат определенные химические соединения в точно указанных концентрациях (среда Сотона для возб. туберкулеза).

По консистенции бывают:

1) жидкие - МПБ, пептонная вода;

2) полужидкие

3) плотные - МПА - используют для выделения чистой культуры, получения отдельных колоний

По назначению среды подразделяют на:

1) универсальные - МПА, МПБ;

2) специальные - которые используют для выращивания определенных видов микробов (гонгококки на кровяном агаре);

3) элективные (селективные) - используют для выделения определенного вида микроба, размножение других видов на таких средах подавляется;

4) дифференциально-диагностические среды использует для изучения биохимических свойств микробов и дифференцировки одного вида микроба от другого по характеру их ферментативной активности. Например среда Эндо, в состав которой входит лактоза и индикатор. Если микробы расщепляют лактозу, образуются красные колонии, если не расщепляют - бесцветные.

Требования, предъявляемые к питательным средам:

1. Стерильность.

2. Наличие основных органических веществ.

3. Факторы роста (витамины, липиды).

4. Соответствующее рН (7,2-7,4).

5. Изотоничность (0,85% NaCl).

6. Прозрачность.

4. Ферменты бактерий.

Ферменты - активные биологические катализаторы, имеют: белковую природу, большой молекулярный вес, высоко специфичны, быстро действуют, термолабильн, способны сохранять свою активность и после гибели клеток.

Классификация ферментов:

1) экзо-ферменты, катализирующие процессы расщепления сложных веществ вне клетки;

2) эндо-ферменты - катализируют метаболизм, проходящий внутри клетки.

По объекту действия они делятся:

а) ферменты белкового синтеза - связаны с рибосомами,

б) ферменты энергетического обмена и транспорта питательных веществ, располагаются в ЦПМ и мезосомах,

в) ферменты первичного и вторичного распада белка,

г) ферменты, расщепляющие углеводы.

Известно более 2000 ферментов, которые объединены в 6 классов:

1) оксидоредуктазы - окислительно-восстановительные ферменты (к ним относят дегидрогеназы, оксидазы);

2) трансферазы - переносят отдельные радикалы и атомы от одних соединений к другим;

3) гидролазы – ускоряют реакции гидролиза – т.е. расщепление веществ на более простые с присоединением молекул воды (эстеразы, фосфатазы, глюкозидазы);

4) лиазы - разрывают связи между атомами углерода негидролитическим путем (карбоксилазы);

5) лигазы - ускоряют синтез сложных соединений из более простых (аспарагин-синтетаза);

6) изомеразы - превращающие органические соединения в их изомеры (фосфогексоизомераза).

Кроме этого есть: а) конститутивные ферменты - синтезируются клеткой постоянно (лиазы, оксидазы); б) индуктивно-адаптивные - синтезируются только в присутствии субстрата (пенициллиназа, щелочная фосфатаза).

У патогенных микробов есть еще и ферменты инвазии и агрессии, которые способствуют: проникновению, распространению и паразитированию микроорганизмов в макроорганизме (гиалуронидаза, коллагеназа, нейтрамикидаза, коагулаза, ДНК-аза).

Значение ферментов: 1) катализируют процессы дыхания, питания, размножения; 2) имеют значение в диагностике при определении вида возбудителя по биохимическим свойствам. С этой целью используют среды "пестрого ряда", на которых изучают способность ферментов микробов разлагать углеводы (среда Гисса), белки до конечных продуктов обмена (H₂S, индол, NH₃) Каждый вид микроба обладает определенным набором ферментов, что обусловлено генотипом. Наибольшая активность у непатогенных микробов. У патогенных микробов биохимическая активность ниже. Ферменты микробов используют в генетической инженерии.

Дыхание микроорганизмов - сопряженный окислительно-восстановительный процесс, при котором происходит перенос элементов от окисляемого вещества до восстанавливаемого, в результате образуется АТФ - универсальный аккумулятор химической энергии.

По типу дыхания все микроорганизмы разделяются на:

1) облигатные (строгие) аэробы,

2) облигатные анаэробы,

3) факультативные (необязательные) анаэробы,

4) микро-аэрофилы.

I. Строгие аэробы не могут жить и размножаться в отсутствии молекулярного кислорода, так как они его используют в ка­честве акцептора электронов.

II. Облигатные анаэробы способны жить и размножаться только в отсутствии свободного кислорода воздуха. Они могут образовывать АТФ в результате окисления углеводов, белков, липидов путем субстратного фосфорилирования до пирувата. Кислород для них является ядом, т. к. у строгих анаэробов нет фермента каталазы (расщепляет Н₂О₂ до Н₂О и О₂).

III. Факультативные анаэробы могут расти и размножаться как в присутствии кислорода, так и без него.

IV. Микроаэрофиллы - растут при сниженном парциальном давлении кислорода.

Методы культивирования строгих анаэробов:

1) Посев уколом в высокий столбик сахарного агара, сверху заливается слоем вазелинового масла.

2) Среда Киппа-Тароцци (МПБ, глюкоза, кусочки печени, мяса (как редуцирующие вещества), сверху слой масла.

3) Удаление воздуха из среды механическим путем. Используют анаэростаты, из которых воздух выкачивается насосом.

4) Замена воздуха другим, индифферентным газом, например водородом, который получают в аппарате Киппа.

5) Механическая защита от кислорода воздуха. Метод Виньяль-Вейона (в пипетки набирают среду с посевом и запаивают).

6) Химическое поглощение кислорода воздуха, например щелочным раствором пирогалола.

7) Биологический – совместное культивирование анаэробов и аэробов на одной чашке.