Загальна характеристика мікроорганізмів

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Загальна характеристика мікроорганізмів та відмінності між про- та еукаріотами

Мікроорг. мають високу метаболічну властивість. За одну добу, 1 мікроорганізм може поглинути стільки поживних речовин, що це перевищ. в 30-40 разів його власну вагу. Велика швидкість розмноження. 1 клітина важить- 0,2*10^-9 мг; через 5 год-1 грам; через 16 год, утворюється 4 млрд клітин, що важать 1 мг; через 31 год- 1 тонна. Мікроорганізми можуть синтезувати великий спектр орг. речовин: а) ферменти(мікроорг виділяють набагато більше ферментів ніж інші); б) антибіотики- були виділені з мікроскопічних грибів, в) вітаміни; г) гіберміни (гормони росту) Діаметр більшості бактерій не перевищує 1000 мкм. Найбільші мікроорганізми- дріжджі, тому відношення поверхні тіла до об'єму (величина питомої поверхні) розвинена-правило Рубнера- Інтенсивність обміну речовин пропорційна не масі організму, а його поверхні. Індуцибентність мікроорганізмів - якщо в середовищі зявляється певний субстрат то мікроорг виділяє відповідний йому фермент. У прокаріот клітини мають невеликі розміри (0,5-3 мкм). Вони позбавлені ядра і не містять чітко оформлених мембранних компартментів. Генетичний матеріал представлений однією кільцевою молекулою ДНК. Гістонових білків не виявлено, тобто в прокаріот відсутня нуклеосомна організація хроматину. Кільцева молекула ДНК утворює петлі і зв'язується з деякими білками, утворюючи нук- леоїд. Прокаріотичні клітини, як правило, оточені клітинною стінкою з пептидогліканів. їх цитоплазматична мембрана утворює випинання в цитоплазму-- мезосоми. У цих клітинах відсутні рухи цитоплазми й амебоїдні рухи; пересування здійснюється за допомогою простих джгутиків. Прокаріоти поширені практично повсюдно. Вони швидко розмножуються і живуть недовго. Серед прокаріот найбільш примітивними є мікоплазми (діаметр клітин становить 0,1-0,3 мкм). Вони побудовані з невеликого числа молекул (приблизно 1200), але синтезують білки, жири, вуглеводи, ДНК і РНК і майже 300 різних ферментів. Еукаріотичні клітини більші за розмірами і складніші за будовою. Вони містять оформлене ядро, більше ДНК та інших компонентів ядра. В цитоплазмі знаходиться багато оточених мембранами оргайел. За походженням мітохондрії і хлоропласти є, найімовірніше, древніми прокаріотичними клітинами, які стали внутрішніми симбіонтами. Іншою істотною особливістю еукаріотичних клітин є наявність цитоскелета з білкових волокон.

2. Сучасна класифікація мікроорганізмів та її еволюція

Загальновизнаною та найбільш поширеною є класифікація бактерій Д. Берджі. Згідно з визначником, виданим у 1993 р. , бактерії поділяють за будовою клітинної стінки та забарвленням за Грамом на такі відділи: Gracilicutes - тонкошкірі (грамнегативні); Firmicutes - товстошкірі (грампози-тивні), Tenericutes - не мають клітинної стінки (мікоплазми), Mendisicutes - архебактерії (вони непатогенні). Метод фарбування за Грамом ґрунтується на будові пептидоглікану муреїну. Запропонував Грав в 1884 році. Цей метод має надзвичайно важливе діагностичне значення , тому що Грам+ і Грам- бактерії (Г+, Г-), вони особливо по різному реагують на фактори середовища. Сутність методу полягає в тому, що барвники трифенілметанового ряду в комплексі з йодом затримуються клітинними стінками Г+ бактерій.

Г- бактерії не забарвлюються цими барвниками і залишаються безбарвними. Одна з перших спроб розробки наукової класифікації бактерій належить датському вченому О. Ф. Мюллеру (1773). Він поділив усі відомі на той час види бактерій на два роди -- Monas i Vibrio. Подальше вивчення бактерій викликало необхідність побудови філогенетичної системи, яка б розкривала споріднені відношення між різними групами бактерій з урахуванням їхнього еволюційного роз­витку.

За визначником бактерій Бергі усі прокаріоти поділено на групи, які не мають таксономічного статусу.

Група 1. Спірохети (Spirochaeta). Включає порядок (Spiro-chaetales). Це одноклітинні спіральнозвивисті бактерії завдовжки від З до 500 мкм.

Група 2. Аеробні рухомі спіралеподібні або зігнуті грамне-гативні бактерії. Бактерії цієї групи вкриті міцною оболонкою, ру­хаються за допомогою полярно розташованих джгутиків.

Група 3. Нерухомі аеробні грамнегативні зігнуті бактерії.

Групу представляє родина Spiromonaceae, яка об'єднує сім родів. Представники цієї групи мають тороїдну форму (у вигляді замкнених і незамкнених кілець), а деякі -- спіральну і дугоподібну форми.

Група 4. Аеробні грамнегативні палички і коки. У групі об'єднано вісім родин: Pseudomonadaceae, Rhizobiaceae, Azotobac-teriaceae, Methyllococcaceae, Acetobacteriaceae, Halobacteriaceae, Lehionellaceae i Neisseriaceae.

Група 5. Факультативно-анаеробні грамнегативні палички.

У цій групі об'єднано три родини: Enterobacteriaceae, Pasteurillaceae i Vibrionaceae. До першої родини належать рухливі і нерухомі, неспо­роносні палички, серед яких трапляються сапрофіти і паразити. Хе-моорганогетеротрофи. Деякі види мають здатність утворювати кап­сули. Бактерії цієї родини поширені майже скрізь: в ґрунтах, прісних і солоних водах, на рештках рослинних і тваринних організмів, у ки­шечнику багатьох видів тварин тощо. мікроорганізм бактеріальний біополімер хімічний

Група 6. Анаеробні грамнегативні прямі, зігнуті або спі­ральні палички. Родина Bacteroidaceae є основною таксономічною одиницею цієї групи. Прокаріоти, які належать до цієї родини, є по­ліморфними, неспороносними облігатними анаеробами хемоорга-нотрофами.

Група 7. Сірковідновлюючі або сульфатредукуючі бактерії.

До групи належать різноманітні за формою еубактерії. Вони є грам-негативними облігатними анаеробами хемолітотрофами; мають здат­ність відновлювати в анаеробних умовах сірку або сульфати до H2S, використовуючи для цього молекулярний водень і сульфати як кін­цевий акцептор електронів у процесі засвоєння ацетату, лактату, пропіонату, етанолу та інших речовин.

Група 8. Анаеробні грамнегативні коки. До групи віднесено тільки одну родину Veillonellaceae, представники якої мають вигляд моно-, дипло- і стрептококів, а також скупчень.

Група 9. Рикетсії і хламідії. Група об'єднує два порядки -- Rickettsiales i Chlamydiales. Рикетсії -- облігатні внутрішньоклітинні паразити членистоногих: вошей, бліх і кліщів. Вони мають кулясту, паличкоподібну, бацилярну і міцелярну форми.

Група 10. Мікоплазми. Бактерії цієї групи виокремлені у від­діл Tenericutes, клас Mollicutes, порядок Mycoplasmatales. До них на­лежать найменші серед відомих нині клітинних організмів.

Група 11. Ендосимбіонти. Прокаріоти цієї групи ще дуже ма­ло вивчені. Ендосимбіонти пристосовані до життя в клітинах хазяїна.

Група 12. Грампозитивні коки. Група об'єднує родини: Micrococcaceae, Deinococcaceae i Peptococcaceae та 15 родів, пред­ставники яких відрізняються між собою як філогенетичне, так і фенотипічно та ін.

3. Хімічний склад бактеріальної клітини: вода і сухий залишок. Хімічні елементи та мінеральні речовини

Бактеріальна клітина містить 80% води і 20% сухого залишку. Близько 90% сухого залишку бактерії становлять високомолекулярні з'єднання: нуклеїнові кислоти (10%), білки (40%), полісахариди (15%}, пептідоглікон (10%) і ліпіди (15%), решта 10% припадають на моносахара, амінокислоти, азотисті основи, неорганічні солі та інші низькомолекулярні з'єднання. Вода - основний компонент бактеріальної клітини. Вона знаходиться у вільному або зв'язаному стані зі структурними елементами клітини. Вода є розчинником для багатьох речовин, а також виконує механічну роль у забезпеченні тургору. При плазмолізу - втрати клітиною води в гіпертонічному розчині - відбувається відшарування протоплазми від клітинної оболонки. Видалення води з клітини, висушування припиняють процеси метаболізму. Більшість мікроорганізмів добре переносять висушування. При нестачі води мікроорганізми не розмножуються. Висушування у вакуумі з замороженого стану припиняє розмноження і сприяє тривалому збереженню мікробних особин. Білки (40-80% сухої маси) визначають найважливіші біологічні властивості бактерій і складаються зазвичай з поєднань 20 амінокислот. До складу бактерій входить діамінопімелінова кислота, відсутня в клітинах людини і тварин. Бактерії містять більше 2000 різних білків, що знаходяться в структурних компонентах та беруть участь у процесах метаболізму. Більшість білків має ферментативну активністю. Білки бактеріальної клітини обумовлюють антигенність та імуногенність, вірулентність, видову приналежність бактерій. Нуклеїнові кислоти бактерій виконують функції, аналогічні нуклеїнових кислот еукаріотичних клітин: молекула ДНК у вигляді хромосоми відповідає за спадковість, РНК (інформаційна, або матрична, транспортна та рибосомная) беруть участь в біосинтезі білка. Вуглеводи бактерій представлені простими речовинами (моно-та дисахариди) і комплексними сполуками. Полісахариди часто входять до складу капсул. Деякі внутрішньоклітинні полісахариди (крохмаль, глікоген та ін) є запасними поживними речовинами. Ліпіди в основному входять до складу цитоплазматичної мембрани та її похідних, а також клітинної стінки бактерій, наприклад зовнішньої мембрани, де, крім біомолекулярної шару ліпідів, є ЛПС. Ліпіди можуть виконувати в цитоплазмі роль запасних поживних речовин. Ліпіди бактерій представлені фосфоліпідами, жирними кислотами. . Мінеральні речовини бактерій виявляють у золі після спалювання клітин. У великій кількості виявляються фосфор, калій, натрій, сірка, залізо, кальцій, магній, а також мікроелементи (цинк, мідь, кобальт, барій, марганець та ін. ) Вони беруть участь у регуляції осмотичного тиску, рН середовища, окислювально-відновного потенціалу, активують ферменти, входять до складу ферментів, вітамінів і структурних компонентів мікробної клітини.

4. Біополімери в складі бактеріальної клітини (білки, вуглеводи, ліпіди, нуклеїнові кислоти). Функції біополімерів

Біополімери - клас полімерів, які зустрічаються в природі в природному вигляді, що входять до складу живих організмів: білки, нуклеїнові кислоти, полісахариди, ліпіди. Біополімери складаються з однакових (або схожих) ланок - мономерів. Мономери білків - амінокислоти, нуклеїнових кислот - нуклеотиди, у полісахаридах - моносахариди. Виділяють два типи біополімерів - регулярні (деякі полісахариди) і нерегулярні (білки, нуклеїнові кислоти, деякі полісахариди). Процес, в ході якого бактеріальна клітина отримує з навколишнього середовища компоненти, необхідні для побудови її біополімерів (органоїдів), називається харчуванням. Основними хімічними компонентами бактеріальної клітини є органогени - кисень, водень, вуглець, азот, фосфор. За хімічним складом і характером біополімерів (білки, полісахариди, нуклеїнові кислоти, ліпіди) прокаріотичні клітини не відрізняються від еукаріотичних. Білки (40-80% сухої маси) визначають найважливіші біологічні властивості бактерій і складаються зазвичай з поєднань 20 амінокислот. До складу бактерій входить диамінопімелінова кислота, відсутня в клітинах людини і тварин. Бактерії містять більше 2000 різних білків, що знаходяться в структурних компонентах та беруть участь у процесах метаболізму. Більшість білків має ферментативну активністю. Білки бактеріальної клітини обумовлюють антигенність та імуногенність, вірулентність, видову приналежність бактерій. Нуклеїнові кислоти бактерій виконують функції, аналогічні нуклеїнових кислот еукаріотичних клітин: молекула ДНК у вигляді хромосоми відповідає за спадковість, РНК (інформаційна, або матрична, транспортна та рибосомна) беруть участь в біосинтезі білка. Вуглеводибактерій представлені простими речовинами (моно-та дисахариди) і комплексними сполуками. Полісахариди часто входять до складу капсул. Деякі внутрішньоклітинні полісахариди (крохмаль, глікоген та ін) є запасними поживними речовинами. Ліпіди в основному входять до складу цитоплазматичної мембрани та її похідних, а також клітинної стінки бактерій, наприклад зовнішньої мембрани, де, крім бімолекулярного шару ліпідів, є ЛПС. Ліпіди можуть виконувати в цитоплазмі роль запасних поживних речовин. Ліпіди бактерій представлені фосфоліпідами, жирними кислотами. Білки виконують в клітці ряд найважливіших функцій. Білки-ферменти здійснюють всі хімічні реакції обміну речовин в клітині, проводячи їх в необхідній послідовності і з потрібною швидкістю. Білки джгутиків мікробів, клітинних ворсинок і ін. виконують скоротливу функцію, перетворюючи хімічну енергію на механічну роботу і забезпечуючи рухливість організму в цілому або його частин. Білки -- основний матеріал більшості клітинних структур всіх живих організмів, оболонок вірусів. Структурна функція білків тісно пов'язана з регуляцією вступу різних речовин в субклітинні органели ( активний транспорт іонів і ін. ) і з ферментативним каталізом. Полісахариди виконують структурну, резервну і інші функції.

5. Ферменти мікроорганізмів, їх біологічна роль. Класифікація. Використання ферментів для ідентифікації бактерій, в біотехнології

Ферменти - це біологічні каталізатори білкової природи. Мікробна клітка, подібно кліткам вищих організмів, оснащена досить активним ферментативним апаратом. Відповідно до каталізуючих реакцій усі ферменти розділяють на шість класів: 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 енергетичного обміну і транспорту живильних речовин локалізовані в цитоплазматичній мембрані і її похідних. Ферменти білкового синтезу зв'язані з рибосомами. 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. Ферменти мікроорганізмів, такі як лігази і рестриктази, знайшли широке застосування в біотехнології, у тому числі в генетичній інженерії, для одержання різних біологічно активних речовин, гібриди, продуковані моноклональні антитіла, а також ряд продуктів у легкій і харчовій промисловості. Ферменти мікроорганізмів характеризують їх біологічні властивості і тому їх досліджують з метою ідентифікації бактерій. У залежності від субстрату гідролітичні ферменти прийнято поділяти на дві великі групи: - гідролітичні або цукролітичні ферменти, субстратом для який є різні цукри, а продуктами їх розщеплення - кислоти, спирти, альдегіди, Н2О ; - протеолітичні ферменти, що розщеплюють білки з утворенням поліпептидів, амінокислот, аміаку, індолу, сірководню. Для вивчення активності ферментів при ідентифікації мікроорганізмів широко використовують диференційно-діагностичні середовища, до складу яких входять визначені субстрати - цукри чи білки. При дослідженні гідролітичної активності бактерій поширені моносубстратні диференційно-діагностичні середовища Гісса (строкатий ряд Гісса), лактозовмісні середовища Ендо, Левіна, Плоскірєва.

6. Ріст та розмноження бактерій. Фази розвитку стаціонарної культури

Ріст прокаріотів залежить насамперед від того, чи є в середовищі вода, поживні речовини, фізіологічне активні речовини тощо. Ріст паличкоподібних прокаріотних клітин відрізняється від кулястих. Перші ростуть переважно в напрямку довгої вісі, а другі -- рівномірно в усіх напрямках. У зв'язку з цим співвідношення між поверхнею і об'ємом у паличкоподібних клітин під час їхнього росту істотно не змінюється. У кулястих -- відносна величина поверхні клітини зменшується, оскільки їхня поверхня росте пропорційно квадрату радіусу, а об'єм -- пропорційно кубу.

Ріст бактерій завершується їхнім розмноженням, яке виявляється у збільшенні кількості особин мікробної популяції на одиницю об'єму. Найчастіше бактерії розмножуються нестатевим, бінарним, поділом. Відомо два типи поділу бактеріальної клітини: за допомогою перегородки і перешнуровуванням. У разі першого типу поділу посередині бактеріальної клітини починає формуватися поперечна перегородка, яка спочатку складається з цитоплазматичної мембрани і розмежовує цитоплазму материнської клітини на дві дочірні. Далі синтезується оболонка і утворюються дві нові клітини.

Грамнегативні бактерії поділяються переважно перешнуровуванням, тобто звужуванням клітини в місцях поділу, аж доки вона не поділиться на дві. Різновидом бінарного поділу бактерій є брунькування. При цьому розмноженні на одному із полюсів материнської клітини утворюється брунька, яка в процесі росту збільшується до розмірів материнської клітини, а потім відділяється від неї. Під час брунькування оболонка бруньки повністю синтезується заново.

У деяких одноклітинних ціанобактерій виявлено множинний поділ. Йому передує реплікація хромосоми і збільшення розмірів материнської клітини, в якій далі відбувається кілька послідовних бінарних поділів, що приводить до утворення величезної кількості дрібненьких клітин. Ці клітини дістали назву беоцитів. Після розриву оболонки материнської клітини вони виходять назовні.

Період від поділу до поділу клітини називається онтогенезом, або клітинним циклом бактерій. Розрізняють кілька типів вегетативного клітинного циклу у бактерій: мономорфний, при якому утворюється лише один морфологічний тип клітини і поліморфний, при якому утворюються кілька моpофологічно різних типів клітин.

Серед актиноміцетів поширене розмноження фрагментами гіф, а деякі бактерії можуть розмножуватися за допомогою спор, але не ендоспор. Бактеріям притаманний високий темп розмноження, що характеризується часом генерації, тобто часом, упродовж якого відбувається поділ бактеріальної клітини. Час генерації визначається видом бактерій, їхнім віком і умовами довкілля. За сприятливих умов час генерації для багатьох видів бактерій коливається в межах від 15 до 30 хв.

Уявити швидкість розмноження і утворення бактеріальної маси допоможуть такі приклади. Якщо бактерія ділитиметься через кожні 20 хв. то з однієї бактерії за 24 год може утворитися 72 генерації. Це становить 472 * 1019 особин. Холерний вібріон за 30 год спроможний дати таке потомство, яке могло б покрити суцільним шаром усю поверхню земної кулі. Академік В. І. Вернадський у своїй праці «Очерки геохимии» наводить приклад, що «за сприятливих умов одна бактерія за 4--5 днів може утворити 1036 особин, об'єм яких . дорівнює океанові».

Насправді ж у природі немає таких ідеальних умов, за яких бактерії могли б безперешкодно розмножуватися. Брак поживних речовин, несприятливі температурні умови, згубний вплив продуктів обміну, поїдання бактерій іншими організмами та багато інших чинників -- усе це негативно позначається на розмноженні бактерій. Велика швидкість розмноження прокаріотів -- еволюційне пристосування до збереження виду.

Надзвичайно важливою умовою процесу поділу бактерій є реплікація ДНК. Поділ клітини починається лише через деякий час по тому, як закінчиться реплікація ДНК. Є дані про те, що сигналом для поділу клітини є початок реплікації молекули ДНК й що подвоєння ДНК і поділ клітин відбуваються зі швидкістю, властивою для кожного виду бактерій.

У бактеріальній популяції постійно відбувається ріст, розмноження і відмирання бактеріальних клітин. Спостереження за розмноженням прокаріотів у замкнених системах на рідких живильних середовищах показують, що швидкість їхнього росту змінюється з часом. У живильному середовищі бактерії ростуть доти, доки вміст у ньому якогось із необхідних їм компонентів не досягне мінімуму; далі їхній ріст припиняється. Якщо протягом цього часу не додавати поживних речовин і не видаляти продуктів обміну, то дістанемо так звану статичну бактеріальну культуру.

Фази росту мікроорганізмів:

1. Початкова фаза, охоплює проміжок часу від моменту висівання бактерій на живильне середовище й до досягнення максимальної швидкості росту. В цей період бактерії пристосовуються до умов культивування. Тривалість цієї фази залежить від зовнішніх умов, віку і видової специфічності бактерій.

2. Експоненціальна, або лог-фаза. В цей період розмноження бактерій відбувається з найбільшою швидкістю. Кількість клітин збільшується в геометричній прогресії. Внаслідок інтенсивного розмноження клітин відбувається швидке поглинання поживних речовин із живильного середовища і нагромадження в ньому шкідливих продуктів обміну. Це, своєю чергою, сповільнює розмноження культури і лог-фаза переходить у наступну фазу.

3. Стаціонарна фаза настає тоді, коли кількість клітин перестає збільшуватись. У цей період кількість новоутворених клітин дорівнює числу відмерлих, а тому кількість живих клітин деякий час залишається незмінною. Разом з цим стаціонарна фаза характеризується максимальною величиною біомаси, максимальною життєдіяльністю мікробної популяції.

4. Фаза відмирання. У цій фазі відмирання бактерій переважає над розмноженням, зростає гетерогенність культури тощо. Такий стан бактеріальної популяції зумовлюється зміною фізико-хімічних властивостей поживного середовища та іншими несприятливими чинниками. Фаза відмирання досі ще недостатньо вивчена.

Виокремлюють ще й фазу виживання, яка характеризується наявністю окремих клітин, що збереглися протягом тривалого часу в умовах загибелі більшості клітин мікробної популяції. Висівання цих клітин на свіже поживне середовище показало, що вони зберегли здатність після лаг-фази активно рости і розмножуватися.

7. Взаємодія барвників із структурами бактеріальної клітини. Методи фарбування

Метод фарбування за Грамом. Ґрунтується на властивостях та будові пептидоглікану - мурену. Метод фарбування мікроорганізмів для дослідження, що дозволяє диференціювати бактерії за біохімічними властивостями їх клітинної стінки. Запропоновано у 1884датським лікарем Г. К. Грамом. За Грамом бактерії забарвлюють аніліновими барвниками - генціановий або метиловим фіолетовим та ін, потім барвник фіксують розчином йоду. При подальшому промиванні пофарбованого препарату спиртом ті види бактерій, які виявляються міцно пофарбованими, називають грампозитивнимибактеріями (позначаються Грам (+)), - на відміну від грамнегативних (Грам (-)), які при промиванні знебарвлюються. Відбувається це тому, що Г (+) бактерії характеризуються великим вмістом пептидоглікану. Його вміст за масою може складати 50-80% та навіть до 90%. А в Г(-) бактерій всього лише 5-10%

8. Будова клітинної стінки бактерії

Клітинна стінка бактерій - структура досить міцна і дозволяє клітці зберігати свою форму; це обумовлено наявністю в ній муреина - молекули, побудованої з паралельних полісахаридних ланцюгів, перехресно пов'язаних через регулярні інтервали короткими ланцюгами амінокислот. Таким чином, кожна клітина оточена як би сітчастим мішком, що представляє на ділі одну величезну молекулу. Клітинна стінка оберігає клітину від розриву при вступі до неї води (наприклад, в результаті осмосу). Іони води і малі молекули потрапляють в клітину через дрібні пори в клітинній стінці. У грампозитивних бактерій в муреіновую сітку вбудовані інші компоненти, в основному полісахариди і білки, що робить клітинну стінку порівняно товстої. У грамнегативних бактерій, клітинна стінка тонше і має більш складну будову. Муреіновий шар у цих бактерій зовні покритий гладким тонким шаром мембраноподобная ліпідів і полісахаридів, що захищає клітини від лізоциму - антибактеріального ферменту, що міститься в сльозах, слині та інших біологічних рідинах, а також в білку курячого яйця.

9. Методи антисептики. Антисептичні препарати

Антисептика являє собою комплекс заходів, які спрямовані на знищення мікробів у рані, патологічному вогнищі або в організмі в цілому. Розрізняють фізичні, механічні, хімічні та біологічні методи антисептики.

Головна мета фізичних методів антисептики полягає в створенні врані несприятливих умов для розвитку бактерій і всмоктування токсинів та продуктів розпаду тканин. Механічна антисептика включає ряд механічних прийомів, які спрямовані на якнайшвидше видалення з рани некротичних тканин, згустків крові, сторонніх тіл, а разом з ними і мікроорганізмів, що потрапили в рануХімічна антисептика забезпечує знищення мікробів у рані за допомогою різних антисептичних засобів. Антисептичні засоби мають бути бактерицидними або бактеріостатичними і не завдавати шкоди тканинам організмуБіологічні методи антисептики спрямовані на підвищення захисних сил організму і створення несприятливих умов для розвитку мікроорганізмів. (антибіотики, ферменти,, імунні сироватки)Антисептичні препарати-- сполуки, що мають протимікробні властивості. . Найбільш поширені антисептики:спирти(етанол, ізопропанол, )- для дезінфекції шкіри; борна кислота - викор. я противірусний засіб; діамантовий зелений - для лікування ран; пероксид водню - для очищення та дезодорації ран; йод - вбиває всі основні патогени; хлорид натрію- як миючий засіб і т. д.

10. Пастеризація та тиндалізація. Переваги та умови застосування

Пастеризація -- одноразове нагрівання рідин (здебільшого харчових продуктів) до температури, яка нижче за температуру кипіння на нетривалий час (від секунди до 30 хвилин), з метою знищення бактерій, що знаходяться в цих рідинах. Застосовується переважно у харчовій промисловості для запобігання передчасному псуванню продуктів, які при нагріванні до температури кипіння втрачають свої якості (молоко, пиво, вино, соки тощо). При цьому гинуть вегетативні форми бактерій, але спори бактерій таке нагрівання витримують. Метою пастеризації є:1. Знищення небажаної;мікрофлори; 2. Руйнування ферментівсирого продукту, 3. Зміна фізико-хімічних властивостей продукту для отримання певних властивостей.

Тиндалізація- спосіб знищення мікробів та їх спор у певному об'єкті; здійснюється обробкою паром при температурі 100°. Проводять у наступних варіантах: а) трьох-четырехкратно при температурі 100° протягом 20-30 хв. ; 6) трикратно - при температурі 70-80° протягом години; в) п`ятикратно - при температурі 60-65° протягом години. Використовується для стерилізації лікарських препаратів, атакождлятакзваногогарячогоконсервування харчових продуктів.

11. Дезінфекція. Фізичні методи дезінфекції

Дезинфекція - це знищення в середовищі, що оточує людину, патогенних мікроорганізмів, їх переносників та гризунів. При дезинфекції, або знезаражуванні знищуються в основному патогенні мікроорганізми. Цим дезинфекція відрізняється від стерилізації, при якій знищуються всі види мікроорганізмів і їх спори. Під час проведення дезинфекції користуються двома основними методами: фізичними та хімічними. Проте цей поділ умовний. Можна виділити ще третій метод дезинфекції - комбінований, при якому фізичні та хімічні методи знезараження застосовують одночасно або послідовно один за одним (наприклад, підготовка рук хірургічного персоналу до операції). Крім того, в практиці використовують частіше комбінації різних речовин чи користуються різними дезинфікуючими засобами в певній послідовності.

Фізичні методи дезинфекції

Фізичні методи знезаражування проводять за допомогою механічних, термічних та променевих засобів. Механічні методи знезаражування забезпечують видалення, але не знищення мікроорганізмів. При цьому з приміщення і предметів видаляють пил, бруд, різні жирові та білкові крупинки, а разом з ними значну кількість мікроорганізмів. Механічні засоби знезаражування включають чистку, протирання, миття, прання, вибивання, витрушування, підмітання, фільтрацію, провітрювання та вентиляцію приміщення. Особливо ефективне застосування пилососів. При цьому разом з пилом видаляється 98 % мікроорганізмів. Витрушування широко застосовують при гігієнічному прибиранні. Однак воно не вважається раціональним, оскільки не дає змоги досягти повного видалення мікрофлори, а особа, яка проводить витрушування, піддається небезпеці зараження.

Вентиляція, в тому числі й провітрювання приміщення, сприяє різкому зниженню вмісту мікрофлори в повітрі, причому тим більше, чим більша різниця температури зов­нішнього та внутрішнього повітря. Однак швидкість провітрювання приміщень через кватирки, вікна, фрамуги залежить від ряду умов, які важко регулюються. Тому вентиляцію приміщень використовують у дезинфекційній практиці як допоміжний захід за умови, що її тривалість буде не меншою ніж 30-60 хв. При цьому відбувається практично повне заміщення повітря в приміщенні зовнішнім повітрям, яке не містить патогенних мікроорганізмів. Добрі результати дає кондиціювання повітря. Кондиціонер подає у приміщення чисте профільтроване повітря певної температури і вологості. Для механічної очистки води, повітря та інших середовищ широко використовують фільтрацію. Термічні методи знезаражування грунтуються на застосуванні високих та низьких температур, а саме використання гарячого повітря, гарячої води, водної пари, кип'ятіння, пастеризації, спалювання, обпалювання, прожарювання, заморожування та висушування.

Дезинфекція гарячим повітрям при температурі 150-180°С протягом 1,5-2 год. надійно вбиває мікроорганізми, її застосовують у повітряних стерилізаторах для обробки металевого інструментарію, виробів зі скла тощо. Гаряче повітря в дезинфікуючих камерах використовують для дезинфекції одягу, постелі (ковдра, подушка, матрац) та інших речей. Прасування білизни також є дезинфекційним заходом. При тривалому прасуванні температура в товщі матеріалу досягає 100--180°С. При такій температурі гинуть навіть вегетативні форми мікроорганізмів. Прасувати речі треба з обох боків. Однак слід пам'ятати, що гаряче повітря менш ефективне за водяну пару, оскільки діє в основному поверхнево. Водяна пара проникає у глиб предметів, і тому її застосування є найбільш ефективним дезинфекційним заходом. Пара широко використовується в дезинфекційних камерах для знезаражування одягу, постільних речей тощо. В парових стерилізаторах (автоклавах) її застосовують для знезаражування та стерилізації перев'язувального матеріалу та інструментарію. В дезинфекційних та стерилізаційних апаратах використовують насичену водяну пару під певним тиском. Насиченою парою називають пару, температура якої дорівнює температурі киплячої води. При стиканні насиченої водяної пари з предметами, температура яких на поверхні та в глибині нижча за температуру пари, відбувається перетворення водяної пари уводу з виділенням великої кількості тепла. Якщо предмети пористі, пара може проникати в їх товщу. Гаряча вода при температурі 60-100°С з розчиненими в ній миючими засобами використовується для прання білизни та механічного видалення бруду разом з мікроорганізмами під час прибирання приміщень. Усі патогенні вегетативні форми мікроорганізмів не витримують нагрівання при 80°С більше ніж 2,5 хв. , а більшість з них гине при температурі 60-70°С протягом 30 хв.

Порівняно надійним методом дезинфекції є кип'ятіння при температурі 100°С. Предмет, який підлягає дезинфекції, поміщають у холодну воду, нагрівають її і кип'ятять 15-30 хв. з моменту закипання води. Для видалення бруду доцільно додавати 1-2% розчин соди або звичайні миючі засоби. Цим методом знезаражують посуд, предмети догляду за хворим, білизну тощо.

Пастеризація - це прогрівання різних харчових продуктів при температурі 70-80°С протягом 30 хв. При цьому гинуть тільки вегетативні форми мікробів. Існують й інші режими пастеризації, наприклад, прогрівання до температури 90°С протягом 3 хв.

Спалювання є надійним методом знищення мікроорганізмів. Йому підлягають інфіковані малоцінні предмети, які не можна знезаразити іншими методами (папір, ганчір'я, сміття, залишки їжі, трупи тварин, які загинули від небезпечної інфекції, перев'язувальний матеріал, дренажі, тампони тощо). Проводять спалювання в спеціальних печах, ямах чи на багаттях.

Обпалювання застосовують у бактеріологічній практиці при необхідності знезаразити голки, лабораторні петлі, ватяні корки для закривання пробірок та ін. Проводять обпалювання на полум'ї спиртової або газової горілки, а також паяльної лампи.

Штучне заморожування патогенних мікроорганізмів до -270°С, тобто до температури, близької до абсолютного нуля, не спричиняє їх загибелі. Однак з часом кількість мікроорганізмів, що знаходяться в замороженому стані, зменшується. Низькі температури широко використовують для консервування продуктів у харчовій промисловості, а також у мікробіології для тривалого зберігання культур патогенних мікроорганізмів. У дезинфекційній практиці холод широкого застосування не знайшов.

Висушування. Велика кількість патогенних мікроорганізмів під впливом тривалого висушування гине. Швидкість відмирання залежить від виду збудника.

Променеві засоби знезаражування - це застосування сонячного світла, ультрафіолетових променів, радіоактивного випромінювання.

Прямі сонячні промені згубно діють на багатьох збудників інфекційних захворювань. Особливо чутливі до них збудники дизентерії, черевного тифу, паратифів, холери, менш чутливі мікобактерії туберкульозу та ін. Однак застосування сонячних променів залежить від пори року, погоди та інших причин, які важко контролювати. Тому цей метод дезинфекції може застосовуватись як допоміжний.

Ультрафіолетове опромінення використовують для знезаражування повітря приміщень операційних, перев'язочних, пологових будинків, дитячих лікарень тощо з метою запобігання виникненню внутрішньолікарняної інфекції. Для цього над входом у приміщення встановлюють спеціальні бактерицидні лампи, які включають, коли в приміщенні відсутні працівники.

12. Хімічні методи дезінфекції. Основні групи дезінфектантів

Хімічні методи дезинфекції знайшли найширше застосування в практиці. В їх основі лежить використання різних хімічних речовин, які вбивають мікроорганізми на поверхні та всередині різних об'єктів і предметів навколишнього середовища. Для дезинфекції застосовують лише такі хімічні препарати, які мають здатність швидко і пагубно діяти на мікроорганізми. Слід пам'ятати, що хімічні речовини можуть мати різну дію на мікроорганізми: бактерицидну - здатність вбивати бактерії, бактеріостатичну -- пригнічувати їх життєдіяльність, спороцидну - здатність вбивати спори, віруліцидну - здатність вбивати віруси, фунгіцидну - здатність вбивати гриби. Звичайно, різні хімічні препарати мають різну силу для знищення мікробів. Процес знищення мікробів під час дезинфекції відбувається поступово і залежить від багатьох факторів. Серед мікробів є дуже стійкі форми, які не піддаються відразу дії дезинфікуючого засобу, інша мікрофлора при таких самих умовах гине відразу. Дезинфікуючі речовини різняться між собою хімічною структурою, а отже, і вибірковою дією на складові елементи клітин. Зокрема, хлор та хлорвмісні препарати, перекис водню та інші, вступаючи у взаємодію з протеїнами клітин, дають реакцію окислення. Мінеральні кислоти і луги руйнують клітину своїми водневими та гідроксильними іонами, спричиняючи гідроліз. Солі важких металів проникають у клітини, діють на білки і ведуть до утворення солей-альбумінатів. Феноли денатурують білки і спричиняють реакцію їх коагуляції.

Серед хімічних дезинфікуючих речовин виділяють засоби м'якої дезинфекції, які використовують для дезинфекції шкіри, одягу, білизни, і засоби сильної дезинфекції, які використовують для знезаражування дуже забруднених матеріалів (взуття, туалетів, підкладних суден, раковин) і виділень (гній, кал, сеча, харкотиння, блювотні маси), а також засоби для дезинфекції приміщень і наявних у них предметів та засоби для дезинфекції повітря. Слід зазначити, що універсального дезинфікуючого засобу немає. Використання засобів визначається метою їх застосування.

До хімічних дезінфікуючих засобів належать:

-хлор і його сполуки (р-ни хлорного вапна, хлорамін…. )

-галогени (спиртйод, йодонат, розчин Люголя…. )

-окисники (перекис водню, перманганат калію…. )

-феноли (фенол, лізол)

-спирти (етиловий, метиловий)

-альдегіди(формалін, формальдегід)

-кислоти, луги, барвники, солі важких металів та інші.

13. Відношення мікроорганізмів до рН середовища та тиску

Важливе значення для життя прокаріотів має осмотичний тиск, величина якого визначається концентрацією розчинених речовин у середовищі. Цитоплазматична мембрана бактеріальної клітини регулює проникнення в клітину і вихід із неї води і розчинених речовин, зберігаючи при цьому осмотичну рівновагу. Надходження води з довкілля у клітину можливе лише в тому випадку, коли осмотичний тиск в клітині буде більшим, ніж тиск зовнішнього розчину. При високому осмотичному тиску в середовищі клітина втрачає здатність поглинати з нього воду, що згубно діє на неї. Нормальний осмотичний тиск у клітині визначається в межах від 3 до 7 атм.

Мікроорганізми, які добре розвиваються при нормальному тиску, дістали назву осмотолерантних. Мікроби, що краще розвиваються при підвищеному осмотичному тискові, називаються осмофільними. Є також група бактерій (наприклад НаІоЬасІегіит), які потребують для свого росту і розвитку високої концентрації солей (КаСІ). Вони краще ростуть при концентрації солі в середовищі в межах 20--30 %. Ці прокаріоти дістали назву галофілів . Своєю чергою серед них розрізняють помірних і екстремальних галофілів. Галофіли потребують іонів Ка+ для стабільності клітинних мембран і активності ферментів.

Гідростатичний тиск. Прокаріоти по-різному реагують на дію гідростатичного тиску. Наприклад морські бактерії, що мешкають на глибині 1000--10 000 м, можуть витримувати тиск до 900 атм. Деякі бактерії, дріжджі, цвільові гриби витримують тиск до 3000 атм, а фітопатогенні віруси -- до 5000 атм. Бактерії, які ростуть при звичайному та підвищеному тиску, називають баротолерантними.

Мікроорганізми, що краще розвиваються при високому тиску, належать до барофільних організмів. Під дією гідростатичного тиску змінюються активність ферментів і біохімічні властивості бактерій.

Ступінь кислотності або лужності середовища справляє великий вплив на життя мікроорганізмів. Фізіологічне діючою основою в кислих і лужних субстратах є концентрація гідроксильних і водневих іонів (ОН~ і Н+). До найбільш кислих природних середовищ належать гарячі кислі джерела і їхні ґрунти, рН у них іноді може сягати 1. З цих місць виділено бактерії, які водночас є ацидофілами і термофілами. У природі також трапляються такі лужні джерела і озера, рН яких може сягати 8--11. З них виділено бактерії, які можуть добре рости при рН = 8 . 10 (ціанобактерії та інші).

Від реакції середовища залежить активність ферментів, яка є основою біохімічної активності мікробів. Наприклад, відомо, що ті самі дріжджі у кислому середовищі утворюють при зброджуванні цукру багато етилового спирту і незначну кількість гліцерину. В лужному субстраті, натомість, вони утворюють із цукру велику кількість гліцерину і дуже мало етанолу.

Більшість бактерій краще розвиваються в нейтральному або сла-болужному середовищі. Добре витримують кислотність оцтовокислі, молочнокислі та деякі інші види бактерій. Дуже чутливі до високої кислотності гнильні бактерії. Мікроорганізми, які добре розвиваються в лужному середовищі, дістали назву алкаліфільних. Наприклад холерний вібріон добре розмножується при рН = 9. Прокаріоти, які краще ростуть у кислому середовищі, називаються ацидофільними.

14. Методи стерилізації. Їх класифікація

Стерилізація - повне звільнення будь-якого предмета від усіх видів мікроорганізмів, включаючи бактерії та їх суперечки, гриби, віріони, а також відпріонів білка, що знаходяться на поверхнях, обладнанні, в харчових продуктах і ліках. Здійснюється термічним, хімічним, радіаційним, фільтраційним методами.

Методи стерилізації: 1. Термічна: парова і повітряна (сухожарові), 2. Хімічна: газова або хімічними розчинами (стерилянти), 3. Плазменная (плазмою перекису водню), 4. Радіаційна стерилізація - застосовується в промисловому варіанті, 5. Метод мембранних фільтрів - застосовується для отримання невеликої кількості стерильних розчинів, якість яких може різко погіршитися при дії інших методів стерилізації (бактеріофаг, селективні поживні середовища, антибіотики) ^[1]

15. Відношення мікроорганізмів до температурного режиму

Розрізняють три основні температурні зони, які мають вирішальне значення для розвитку бактерій: мінімум, оптимум і максимум. Найменша температура, при якій можуть розвиватися дані мікроби- мінімальна. Найвища температура, при якій ці самі організми ще можуть жити- максимальна. Між двома крайніми точками є температура, при якій прокаріоти розвиваються найкраще- оптимальна.

Усі мікроорганізми стосовно температури умовно можна розділити на 3 групи:

психрофіли -- це холодолюбиві мікроорганізми, ростуть при низьких температурах: min t -- 0°С, opt t -- від 10--20°С, max t -- до 40°С. До таких мікроорганізмів відносяться мешканці північних морів і водойм. До дії низьких температур багато мікроорганізмів дуже стійкі. Деякі мікроорганізми витримують температуру до -190°С. При низьких температурах мікроорганізми впадають у стан анабіозу-> сповільнюються всі процеси життєдіяльності, що протікають у клітці; мезофіли -- це найбільш велика група бактерій, входять сапрофіти і майже всі патогенні мікроорганізми, тому що opt температура для них 37°С ,min t = 10°С, maxt = 45°C. До мезофілiв відноситься переважна більшість, як сапрофітних, так і патогенних бактерій. Бактерії-мезофіли у вегетативному стані чутливі до підвищення температури до 50-55°С. При цьому відбувається денатурація ферментних білків бактеріальної клітини, що веде до загибелі організму. При температурі нижче оптимальної на 5-10°С бактерії не гинуть, проте, їх розмноження затримується у зв'язку з гальмуванням обміну речовин; термофіли -- теплолюбні бактерії, розвиваються при t вище 55°С, min t для них = 30°С, max t = 70--76°С. Ці мікроорганізми живуть у гарячих джерелах. Серед термофілів зустрічається багато спорових форм. Одним з найважливіших факторів, що визначають ріст і розвиток термофільних мікроорганізмів, є швидкість надходження кисню і його концентрація в культуральной середовищі. Ступінь обмеження зростання аеробних організмів при нестачі кисню залежить від температури вирощування. Тому концентрація розчиненого в середовищі кисню може стати чинником, що лімітує зростання термофільних мікроорганізмів. Потреба термофілiв в поживних речовинах залежить від температури їх зростання. Тому термофільні бактерії поділ на: 1) термофільні бактерії, потреба в поживних речовинах яких не залежить від температури;2)Бактерії мають потребу в додатковому харчуванні при підвищенні температури вирощування;3)при зниженні температури.

16. Типи поживних середовищ для вирощування мікроорганізмів

За складу живильні середовища поділяються на дві групи: *природні (натуральні) складаються з продуктів тваринного або рослинного походження. Основою є різні частини зелених рослин, тваринні тканини, солод, дріжджі, овочі, гній, грунт, вода морів, озер і мінеральних джерел. Приклад: МПА - м'ясо-пептодний бульйон,таке середов багате на білок,але бідна на вуглеводні-> краще будуть рости бактерії ;*синтетичні-середовища, до складу яких входять тільки певні, хімічно чисті сполуки, взяті в точно зазначених концентраціях. Синтетичні середовища слід готувати на дистильованої води. Для розробки синтетичних середовищ, що забезпечують нормальний ріст досліджуваного мікроорганізму або максимальний біосинтез будь-якого продукту його життєдіяльності, необхідно знати особливості обміну речовин даного організму і його потреби в джерелах живлення. За ступенем отвердженості:*рідкі*агрезовані-для виділення окремих колоній,додаванням желатину. Потім желатин замінили на полісахарид Агар-ага. МПБ+2%Агар-агару=МПА. У мікробіології також є сухі поживні середовища, які випускаються у вигляді порошків (наприклад, сухий агар,сухий поживний агар, сухий агар Ендо, середовище Плоскірєва тощо), і якщоїх правильно зберігати, то вони довгий час не втрачатимуть своїх властивостей. За призначенням розрізняють*прості середовищ належать МПБ, МПА, м'ясо-пептонний желатин та інші, на яких вирощують більшість сапрофітних і патогенних мікробів. *спеціальні середовища (агар з кров'ю, агар із сироваткою,кров'яний телуритовий агар, жовткові середовища тощо) вирощують ті види мікроорганізмів, які не ростуть на простих поживних середовищах. До спеціальних належать також і елективні середовища, на яких створюються сприятливі умови для росту якого-небудь одного виду мікробів (бобовий агар,картопляний агар, сінна настоянка та інші). *Диференціально-діагностичні поживні середовища (наприклад, середовища Ендо для кишкової палички, середовище Штерна для сальмонел та інші) дають змогу швидко відрізнити одні види мікроорганізмів від інших.

17. Елективні середовища та метод накопичувальної культури

За признач середовища поділ на: універсальні, елективні та індикаторні. Елективні серед використовують для отримання накопичувальних культур як першого етапу при виділенні чистої культури з природних місць існування. Створення умов, сприятливих для певної групи мікроорганізмів (елективних умов), призводить до переважання в змішаній популяції бажаних мікроорганізмів (МО). Ріст і розмноження інших МО не значні. Так як розміри МО малі, тому робота в лаборант проводиться не з одною особиною, а з популяцією організмів, або культурою. Культура МО, що склад з клітин одного виду називається чистою культурою. Якщо число видів 2 і більше, то це вже змішана культура. Для визнач систематичного положення, фізіолого-біохімічних властив і особливостей розвитку МО необхідно отримати чисту культуру. Для цього потрібно клітини даного виду відокремити від клітин інших видів, и потім ще виключити можливість потрапляння сторонніх МО. А так як в природних місцях існування МО ростуть у вигляді змішаних популяцію, тому на першому етапі і користуються запропонованим Виноградським методом отримання накопичувальних культур, в яких переважають організми певної групи. Накопичення бажаних МЛ відбув за рахунок створення елективних умов культивування (різні чинники, такі як джерела енергії, вуглецю та азоту, світло, температура, рН і т. п. ), сприятливої для даної групи. Виборчого пригнічення росту певних груп МО досягають внесенням наприклад антибіотиків. П: для отримання накопичувальної культури азот фіксуючих МО слід приготувати середу без пов'язаних форм азоту. Для уповільнення розвитку Г⁺ бактерій додають пеніцилін. Про отримання накопичувальної культури судять за характерною мікроскопічної картині, зовнішніх змін середовища, появи певних продуктів метаболізму. Чисту культуру в подальшому можна отримати з одиничною клітини або з окремої колонії.

18. Форми взаємовідносин між мікроорганізмами в біоценозах

Організми вприроді існують у тісній взаємодії один з одним. Форми їх взаємовідносин умовно ділять на дві категорії:симбіотичні та антагоністичні (конкурентні).

Симбіотичнівзаємовідносини відносини характеризуються взаємною вигодою. Вони розглядаються як позитивні впливи організмів одне на одного, якщо навіть тільки один партнер виграє від співжиття з іншим. Симбіоз -форма співіснування організмів, у результаті якого обидва симбіонти (два різні види організмів) мають вигоду від спільного існування. Існують різновиди симбіозу, які називаютьсямутуалізмом або кооперацією (тип співіснування різнихвидів, від якого вони взаємно дістають користь). Існує форма симбіозу мікроорганізмів з мікроорганізмами, що називаєтьсякоменсалізмом,у якій симбіонти користуються захистом або поживними речовинами за рахунок макроорганізму, не приносячи йому користі, але й не завдаючи шкоди.

Якщо стимуляція проявляється в результаті однобічної дії, такий вид взаємовідносин називаєтьсясателітизмом. Синтрофна взаємодія може виявлятися також у тому, що один вид мікроорганізмів готує підґрунтя для розвитку іншого. Метабіоз - форма взаємозв'язку, уякій продукти метаболізму одного мікроорганізму є субстратом (поживним чи енергетичним) для іншого.