Типы питания микроорганизмов

Пища должна содержать такие вещества, которые удовлетворяли бы потребность микроорганизма в химических элементах, необходимых для синтеза веществ и структур клетки.

В зависимости от того, какие химические элементы поступают из веществ питательной среды, последние называют их источниками (источник углерода, фосфора и т. д.).

Это бактерии, окисляющие водород с образованием воды (водородные бактерии), аммиак до нитратов (нитрифицирующие бактерии), сероводород до серной кислоты (бесцветные серобактерии), а также окисляющие закисное железо в окисное (железобактерии).

Хемоорганотрофы (хемегетеротрофы) в качестве источников энергии и углерода используют органические соединения. Таким типом питания обладают многочисленные бактерии, грибы, дрожжи.

Одни хемогетеротрофы непритязательны в отношении питательных веществ источников углерода, другие проявляют большую специфичность.

Наиболее специфичными являются микробы-паразиты, живущие в теле другого организма – хозяина, питающиеся веществами его тела. К паразитам относятся возбудители заболеваний человека, животных, растений.

Большинство хемогетеротрофных микроорганизмов живет за счет использования органических веществ различных субстратов животного и растительного происхождения. Такие микроорганизмы называют сапрофитами. К ним относятся микроорганизмы, которые разлагают различные органические вещества в природе (в почве, воде), вызывают порчу пищевых продуктов или используются в процессах переработки растительного и животного сырья.

Однако резкую грань между этими подгруппами хемогетеротрофов не всегда можно установить. Отдельные виды микробов-паразитов могут существовать во внешней среде как сапрофита, и наоборот, некоторые сапрофита в определенных условиях вызывают заболевания у людей, животных и растений.

Многие сапрофита всеядны, т. е. способны использовать в качестве источника углерода разнообразные органические соединения; некоторые проявляют выраженную специфичность (избирательность) в отношении источника углерода. Так, гриб Oidium lactis усваивает изобутиловый спирт и не усваивает бутиловый. Последний является хорошим источником углерода для гриба Aspergillus niger, а изобутиловый спирт этот гриб не потребляет. Существуют и такие, которые используют только определенное вещество, их называют субстрат-специфичными микроорганизмами. Примером могут служить целлюлозные бактерии, для которых клетчатка является единственным источником углерода.

Сапрофита наряду с органическими соединениями используют и СО₂, вовлекая его в обмен веществ. Углекислый газ служит дополнительным источником углерода для биосинтеза веществ тела.

Источники азота. Все автотрофные микроорганизмы усваивают азот из неорганических соединений.

У хемогетеротрофов по отношению к источнику азота, как и по отношению к источнику углерода, проявляется избирательность. Паразиты используют органические азотсодержащие вещества клеток хозяина. Источником азота для сапрофитов могут служить как органические, так и неорганические азотсодержащие соединения. Одни способны расти только на субстратах, содержащих сложные азотсодержащие вещества (азотистые основания, пептиды, большой набор аминокислот), так как сами синтезировать их из более простых соединений не способны.

Другие могут развиваться при ограниченном числе органических соединений азота, например, в субстратах, содержащих только некоторые аминокислоты и даже одну-две из них, а все остальные необходимые для синтеза белков клетки синтезируют сами. Они дезаминируют взятые аминокислоты, а образующийся аммиак используют в реакциях аминирования оксикислот или чаще кетокислот, например:

Синтез новых аминокислот может протекать и без дезамини-рования взятых из субстрата аминокислот (без промежуточного образования аммиака) путем перестройки их (переаминирования) – переноса аминогруппы с аминокислоты на кетокислоты при участии ферментов аминотрансфераз:

Многие сапрофита (бактерии, грибы, дрожжи) вообще не нуждаются в органических соединениях азота, используя неорганические его соединения, лучшими из которых являются соли аммония.

Азот в состав компонентов клетки входит главным образом в восстановленной форме. Используя в качестве источника азота нитраты или нитриты, микроорганизмы восстанавливают эти окисленные формы азота с образованием аммиака, который и используется в биосинтетических процессах.

Существуют сапрофита, которые используют свободный азот атмосферы. Они переводят его в связанное состояние – восстанавливают в аммиак. Эти микроорганизмы называют азот-фиксаторами или азотсобирателями (см. с. 140).

Специфичностью отношений микроорганизмов к источникам углерода и азота определяется круговорот этих элементов в природе. Эта особенность гетеротрофов проявляется и при порче многих пищевых продуктов, при смене развития одних форм

другими.

Источники зольных элементов. Для синтеза клеточных веществ нужны и различные зольные элементы: сера, фосфор, калий, кальций, магний, железо. Хотя потребность в них незначительна, но при недостатке в питательной среде даже одного из этих элементов микроорганизмы не будут развиваться и могут погибнуть.

Для большинства микроорганизмов источниками зольных элементов являются минеральные соли. Немногие микроорганизмы лучше усваивают серу и фосфор из органических соединений.

Микроэлементы, необходимые для роста микроорганизмов, могут быть использованы ими также из минеральных солей.

Потребность микроорганизмов в витаминах.В составе каждой микробной клетки имеются различные витамины. Они необходимы для нормальной жизнедеятельности. Некоторые витамины входят в состав простетических групп ферментов.

Одни микроорганизмы должны получать витамины в готовом виде, и при отсутствии того или иного витамина в среде у них резко нарушается обмен веществ. Добавление в питательную среду недостающего витамина ликвидирует задержку роста, поэтому витамины нередко называют ростовыми веществами.

Другие микроорганизмы, наоборот, хорошо развиваются при отсутствии витаминов в среде. Они способны сами синтезировать витамины из веществ питательной среды, накапливать их и выделять из клетки наружу. Некоторые микроорганизмы синтезируют витамины в количествах, значительно превышающих собственные потребности. Такие микроорганизмы используют для промышленного производства витаминов. Так, с помощью гриба эремотециум (Eremothecium ashbyii) получают витамин Вг. Некоторые актиномицеты, пропионовокислые бактерии, метанооб-разующие (перерабатывающие различные органические вещества в метан) бактерии применяются для получения витамина B₁₂.