Типи метаболізму бактерій

28. Ферменти бактерій та їх класифікація. Поживні середовища, класифікація, вимоги до них. Ростові фактори.

Ферменти - це біологічні каталізатори білкової природи. Мікробна клітка, подібно кліткам вищих організмів, оснащена досить активним ферментативним апаратом

Оксидоредуктази - каталізують реакції окислювання-відновлення.
Трансферази - каталізують реакції переносу різних груп від донора до акцептора.
Гідролази - каталізують розриті зв'язків у субстратах із приєднанням води.
Ліази - каталізують реакції розриву зв'язків у субстраті без приєднання води чи окислювання.
Ізомерази - каталізують перетворення в межах однієї молекули (внутрімолекулярні перебудови).
Лігази (синтетази) - каталізують приєднання двох молекул з використанням енергії фосфатних зв'язків.

ферменти бактерій підрозділяються на екзо- і ендоферменти.
Ендоферменти функціонують тільки усередині клітки. Вони каталізують реакції біосинтезу й енергетичного обміну.
Екзоферменти виділяються кліткою в середовищі та каталізують реакції гідролізу складних органічних сполук на більш прості, доступні для асиміляції мікробною кліткою.
До них відносяться гідролітичні ферменти, що грають винятково важливу роль у харчуванні мікроорганізмів.

При класифікації поживних середовищ по консистенції поживні середовища поділяють на щільні (тверді), напіврідкі і рідкі.
При класифікації поживних середовищ за складом виділяють білкові, безбілкові і мінеральні середовища.
При класифікації поживних середовищ за походженнямсередовища поділяють на штучні та природні (природні).

Штучні живильні середовища для бактерій

Штучні середовища поділяють на тваринні[например, мясопептонный агар (МПА) или мясопептонный бульон (МПБ)]і рослинні (наприклад, настої сіна і соломи, відвари злаків, дріжджів або фруктів, пивне сусло та ін.)

Природні середовища для вирощування бактерій

Природні поживні середовища можуть містити компоненти тваринного (наприклад, кров, сироватка, жовч) або рослинного (наприклад, шматочки овочів і фруктів) походження. За призначенням виділяють консервуючі середовища (для первинного посіву та транспортування), середовища збагачення (для нагромадження певної групи бактерій), середовища для культивування {універсальні прості, складні спеціальні та для токсінообразованія), середовища дм виділення та накопичення (консервуючі, збагачення та елективні) і середовища для ідентифікації (диференціальні й елективні-диференціальні).

Класифікації поживних середовищ по забрудненості матеріалу

Якщо матеріал слабо забруднене сторонньої мікрофлорою, то для виділення чистих культур застосовують прості (за складом) середовища. При рясної контамінації сапрофіти використовують спеціальні або елективні (для окремих видів), селективні (тільки для окремих бактерій), диференційно-діагностичні (для полегшень ідентифікації) середовища.

сновні ростові фактори - Вітаміни, пуринів і піримідинів. Найбільш важливі для бактерій водорозчинні вітаміни, які беруть участь у функціонуванні великої кількості ферментів як коензимів. Потреба бактерій в цих продуктах дуже мала (наприклад, зростання стафілококів забезпечує внесення 0003 мг тіаміну і 02 мг нікотинової кислоти на 1 л середовища), то є фактори росту не використовуються в якості пластичного або енергетичного матеріалу, але забезпечують регуляцію метаболізму.

Класифікація чинників стимулюючих зростання бактерій

Фактори, що стимулюють ріст бактерій, Поділяють на три категорії.

• Речовини, присутність яких обов'язково для росту бактерій. Це може бути певна амінокислота, наприклад гістидин, для штаму Salmonella thyphimurium his-(гістидин-негативний), ауксотрофного по гістидину, або набір вітамінів (лактофлавін, тіамін, біотин, фоліеван і пантотенова кислота) і амінокислот, без яких не можна виростити молочнокислі бактерії.

• Фактори, відсутність яких не викликає повної зупинки росту культури. Зазвичай це певні вітаміни, що входять до складу простетичної груп ферментів і необхідні в дуже малих кількостях.

• Фактори, що синтезуються самими мікроорганізмами і додавання яких у середу прискорює ріст, Але ця умова не обов'язково (наприклад, в синтетичну середу культивування Escherichia coli можна додати дріжджовий автолізат для інтенсифікації росту, але і на просте мінеральної середовищі з глюкозою бактерія буде зростати).

Пускові фактори росту бактерії

Пускові фактори росту виділяють в особливу категорію. Вони мають істотне значення для початку зростання культури. Пізніше клітини культури синтезують всі необхідні для їх росту продукти самостійно. Як приклад можна привести необхідність слідових кількостей гістидину для зростання ревертанти Salmonella his-і їх зворотного мутації в his + (гістідінположітельний). Хоча прототрофи his + не потребують факторах росту, ділення вихідного ауксотрофи his-, необхідне для закріплення зворотної мутації, може протікати тільки в присутності гістидину.

29. Класифікація бактерій за типом дихання. Суть процесів дихання. Методи вирощування анаеробних бактерій.

Облігатні аероби - мікроорганізми, для оптимальнгоо росту яких необхідно 21 % кисню. До них належать збудники туберкульозу, чуми, холерний вібріон. На поверхні рідких живильних середовищ вони ростуть, як правило, у вигляді плівки. Облігатні анаероби - бактерії, які ростуть при відсутності вільного молекулярного кисню за рахунок процесів бродіння. Вони одержують кисень з органічних сполук у процесі їх метаболізму. Деякі з них не виносять навіть незначної кількості вільного кисню. Такими бактеріями є збудники правця, ботулізму, газової анаеробної інфекції, бактероїди, фузобактерії та ін. Окремі клостридії можуть бути аеротолерантними. Для культивування їх використовують спеціальні живильні середовища й апарати (анаеростати), в яких створюються анаеробні умови за рахунок поглинання кисню або заміни його індиферентиними газами (азотом, воднем). Факультативні анаероби (факультативні аероби) пристосувались, залежно від умов середовища (наявності або відсутності кисню), переключати свої метаболічні процеси з використанням молекулярного кисню на бродіння та навпаки. Групу факультативних анаеробів формують численні представники родини кишкових бактерій (ешеріхії, сальмонели, шигели), стафілококи та деякі інші бактерії. Мікроаерофіли - особлива група мікробів, для яких концентрація кисню при культивуванні може бути зменшена до 2 %. Вищі його концентрації здатні затримувати ріст. Ця група представлена молочнокислими, азотфіксуючими бактеріями. Капнеїчниминазиваютьтакі мікроорганізми, які потребують, крім кисню, ще й до 10 % вуглекислого газу. Типовими представниками є збудники бруцельозу бичачого типу.

Складніша справа з культивуванням анаеробних багатоклітинних організмів, оскільки для їх культивування часто необхідна специфічна мікрофлора, а також певні концентрації метаболітів. Застосовується, наприклад, при дослідженні паразитів людського організму.

Для культивування анаеробів застосовують особливі методи, сутність яких полягає у видаленні повітря або заміни його спеціалізованої газовою сумішшю (або інертними газами) в герметизованих термостатах - анаеростатах ^[7].

Іншим способом вирощування анаеробів (найчастіше мікроорганізмів) на поживних середовищах - додавання містять редукують речовини ( глюкозу, муравьинокислого натрій тощо), що зменшують окислювально-відновний потенціал.

Метод Цейсслера застосовується для виділення чистих культур спороутворюючих анаеробів. Для цього роблять посів на середовище Кітт-Тароцці.

Метод Вейнберга використовується для отримання чистих культур облігатних анаеробів. Культури, вирощені на середовищі Кітт-Тароцці, переносять в цукровий бульйон

Метод Перетца - в розплавлений і охолоджений цукровий агар-агар вносять культуру бактерій і заливають під скло, поміщене на пробкових паличках (або фрагментах сірників) вчашку Петрі. Метод найменш надійний з усіх, але досить простий у застосуванні.

Метод Фортнера - посіви виробляють на чашку Петрі з потовщеним шаром середовища, розділеним навпіл вузькою канавкою, вирізаної в агарі. Одну половину засівають культуру аеробних бактерій, на іншу - анаеробних. Краї чашки заливають парафіном і інкубують в термостаті. Спочатку спостерігають зростання аеробної мікрофлори, а потім (після поглинання кисню) - зростання аеробної різко припиняється і починається ріст анаеробної.

30. Використання біохімічної активності мікроорганізмів в мікробіології та медицині.

Виробництво продуктів мікробного синтезу першої фази. До найбільш відомих промисловим продуктам мікробного синтезу відносяться: ацетон, спирти (етанол, бутанол, ізопропанол, гліцерин), органічні кислоти (лимонна, оцтова, молочна, глюконова, ітаконовою, пропіонова), ароматизатори і речовини, які посилюють запахи (глутамат натрію). Попит на останні постійно збільшується через тенденцію до вживання малокалорійної і рослинної їжі, для надання смаку і запаху їжі різноманітності. Ароматичні речовини рослинного походження можна робити шляхом експресії генів рослин в клітинах мікроорганізмів. Методом генної інженерії в клітини Е. coli введений ген, що кодує синтез а-антитрипсину людини, інгібірующсго активність еластази. Його утворення бактеріями досягає 15% синтезу всіх клітинних білків. Таким чином отримують препарат Еглін, застосовуваний для компенсації вродженого відсутності а-антитрипсину, який приводить до важкої форми емфіземи легенів. Імуномодулятор бестатін, інгібітор поверхневих пептидаз лімфоцитів, продукує Streptococcus olivoretuculi. Мікроорганізми - продуценти інгібіторів інших важливих в медицині ферментів. Наприклад, інгібітор амілази, синтезується Streptococcus tendae, блокує гідроліз крохмалю і знижує вміст цукру в крові; призначається хворим на діабет. Каптоприл з культуральної рідини стрептококів перешкоджає утворенню ангіотензину II і знижує артеріальний тиск (АТ) у гіпертоніків.

Виробництво продуктів мікробного синтезу другої фази. З використанням мікроорганізмів отримують вітаміни В1 В2 (продуценти-бактерії, гриби родів Candida, Pichia, Ashbya); фолієву, пантотенову кислоти, піридоксаль, вітамін В12 (продуценти - Propionibacterium shermanii, Pseudomonas denitrificam або метаногенних бактерії). Вітамін С виробляють шляхом хімічного синтезу, проте етап високоселективного дегидрирования D-сорбіту в L-сорбозу здійснюють за допомогою оцтовокислих бактерій.

Виробництво антибіотиків

Великомасштабне виробництво антибіотиків здатне давати десятки тисяч тонн продукту на рік. Удосконалення виробництва антибіотиків пов'язане з селекцією культур, резистентних до бактеріофагів, а також із застосуванням мутантних штамів, у яких відсутні системи зворотного придушення синтезу антибіотиків. Велика віха в історії антибіотиків - можливість хімічної модифікації природних (утворених мікроорганізмами) антибіотиків. В даний час виробляють велику кількість напівсинтетичних антибіотиків - спрямована зміна структури антибіотика дозволяє розширити спектр дії і, почасти, зняти проблему стійкості до антибіотиків.

Виробництво вакцин

Традиційні методи виробництва вакцин засновані на застосуванні ослаблених або вбитих збудників. В даний час багато нові вакцини (наприклад, для профілактики грипу, гепатиту В) отримують методами генної інженерії. Противірусні вакцини отримують, вносячи в мікробну клітину гени вірусних білків, які проявляють найбільшу імуногенність. При культивуванні такі клітини синтезують велику кількість вірусних білків, що включаються згодом до складу вакцинних препаратів. Більш ефективно виробництво вірусних білків в культурах клітин тварин на основі технології рекомбінантних ДНК. З використанням мікроорганізмів отримують також лімфокіни (ІЛ-2 фактори росту, міелопептіди). Перспективи розвитку цих виробництв пов'язані із застосуванням тварин як акцепторів рекомбінантної ДНК.

Важливий напрямок біотехнології - Культивування рослинних клітин, що утворюють БАВ. Подібний підхід скасовує необхідність в закладці великих плантацій лікарських рослин та пов'язані з цим проблеми {догляд за посівами, профілактика хвороб лікарських рослин), дозволяючи отримати потрібні препарати дешевшими методами. Таким чином отримують БАВ женьшеню, строфанту та інших рослин.

31. Ріст і способи розмноження бактерій. Механізм клітинного поділу, швидкість і фази розмноження.

ктерій звичайно включає три фази. Коли популяція бактерій потрапляє до багатого на поживні речовини оточення, яке дозволяє зростання, клітинам потрібний певний час, щоб пристосуватися до нового оточення. Перша фаза росту, фаза повільного росту, є фазою такого пристосування. Ця фаза характеризується високою швидкістю біосинтезу ферментів і активного транспорту ^[48]. За нею слідує фаза експоненціального росту, що характеризується швидким експоненціальним зростанням кількості бактерій. Швидкістю зростання вважається час подвоєння бактерій протягом цієї фази. Остання фаза росту — стаціонарна фаза, що спричинена виснажуванням поживних речовин. Клітини скорочують свою метаболічну діяльність і споживають неістотні клітинні білки. Стаціонарна фаза — це перехід від швидкого зростання до стресового стану, що характеризується збільшенням експресії генів, що беруть участь у ремонті ДНК та антиоксидантному

Ріст та розмноження бактерій

Ріст – процес збільшення біомаси клітини внаслідок синтезу нових речовин

Розмноження – процес відтворення подібних собі особин, який забезпечує існування виду

Механізми розмноження

бінарний поділ

дроблення і спороутворення (у актиноміцетів)

брунькування

Бінарний поділ

Фази розмноження бактерій в ізольованому середовищі

Лаг-фаза – адаптація до нових умов

Експоненціальна фаза – інтенсивне розмноження (збільшення кількості особин в геометричній прогресії)

Крива росту мікроорганізмів в поживному середовищі

Стаціонарна фаза – кількість відмерлих особин дорівнює кількості живих, що розмножуються

Фаза відмирання – інтенсивне відмирання (кількість відмерлих збільшується в геометричній прогресії)

Умови культивування бактерій

Оптимальне поживне середовище

(до складу входять органічні речовини, мінерали, фактори росту)

Фактори росту

Вітаміни

Пурини

Піримідини

Бактерії-ауксотрофи (гр. auxilium – допомога) потребують ці речовини в готовому вигляді

Бактерії-прототрофи самостійно синтезують ці сполуки

Оптимальна рН середовища (7,6)

Оптимальна температура розвитку (37°С)

Аеробні або анаеробні умови (залежно від типу дихання)

Класифікація поживних середовищ

за походженням (природні, синтетичні, напівсинтетичні)

за консистенцією (рідкі, напіврідкі, щільні)

за призначенням

- універсальні

- спеціальні(селективні, диференційно-діагностичні, транспортні, консервуючі, середовища накопичення

Способи створення анаеробних умов

Анаеростат – апарат, з якого відкачують повітря і заповнюють інертним газом

Хімічний спосіб – культивування в ексикаторі з поглиначами кисню (лужний р-н пірогалолу)

Газовий пакет з регенератором

Біологічний спосіб – одночасне культивування в герметизованій чашці Петрі облігатних аеробів з анаеробами

Культивування в товщі середовища

Культуральні властивості бактерій

На рідких середовищах бактерії утворюють:

-помутніння

-плівку

-осад

-їх комбінації

На твердих середовищах утворюють колонії

Ріст мікроорганізмів на рідких поживних середовищах

Колонія – це видиме неозброєним оком скупчення біомаси бактеріальних клітин на поверхні або в товщі щільного поживного середовища

Характеристика колонії

Розмір (карликові, малі, середні, великі, гігантські)

Колір (залежить від кольору пігментів бактерій)

Характер краю (рівний, хвилястий, волокнистий тощо)

Форма (кругла, овальна, розеткоподібна тощо)

Консистенція (м’яка, в’язка, крихка)

Колонії мікобактерій туберкульозу на середовищі Левенштейна-Йенсена

Колонії мікоплазм пневмонії

Колонії дифтерійної палички:

32. Принципи культивування бактерій. Фактори, які впливають на їх ріст і розмноження

Умови культивування бактерій

Оптимальне поживне середовище

(до складу входять органічні речовини, мінерали, фактори росту)

Фактори росту

Вітаміни

Пурини

Піримідини

Бактерії-ауксотрофи (гр. auxilium – допомога) потребують ці речовини в готовому вигляді

Бактерії-прототрофи самостійно синтезують ці сполуки

Оптимальна рН середовища (7,6)

Оптимальна температура розвитку (37°С)

Аеробні або анаеробні умови (залежно від типу дихання)

Класифікація поживних середовищ

за походженням (природні, синтетичні, напівсинтетичні)

за консистенцією (рідкі, напіврідкі, щільні)

за призначенням

- універсальні

- спеціальні(селективні, диференційно-діагностичні, транспортні, консервуючі, середовища накопичення

Способи створення анаеробних умов

Анаеростат – апарат, з якого відкачують повітря і заповнюють інертним газом

Хімічний спосіб – культивування в ексикаторі з поглиначами кисню (лужний р-н пірогалолу)

Газовий пакет з регенератором

Біологічний спосіб – одночасне культивування в герметизованій чашці Петрі облігатних аеробів з анаеробами

Культивування в товщі середовища

Культуральні властивості бактерій

На рідких середовищах бактерії утворюють:

-помутніння

-плівку

-осад

-їх комбінації

На твердих середовищах утворюють колонії

33. Виділення чистих культур аеробних і анаеробних бактерій.