Сущность и предмет микробиологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

1) Микробиологией называется наука о малых (невидимых невооруженным глазом) организмах - микробах, об их строении и жизнедеятельности.

Микробиология изучает морфологию, систематику и физиологию микроорганизмов, исследует общие условия, выясняет роль, которую они играют в превращении различных веществ окружающей нас природы.

Многие микроорганизмы одноклеточные, но имеются и многоклеточные.

Они легко приспосабливаются к условиям существования, высокая выносливость к теплу, холоду, недостатку влаги, способность к быстрому размножению. Активно участвуют в различных превращениях веществ в природе.

С жизнедеятельностью микроорганизмов на планете связано образование каменного угля, нефти, некоторых руд, торфа.

Играют большую роль в почвообразовательных процессах, способствуют повышению урожайности сельскохозяйственных культур.

Многие микроорганизмы имеют и отрицательное значение. Они могут являться возбудителями болезней человека, животных и растений, вызывать порчу пищевых продуктов, нанося большой ущерб народному хозяйству.

Достижения современной микробиологии базируются на развитии физики, химии, биологии, биохимии.

Задачи современной микробиологии разнообразны, специфичны, что из нее выделился ряд специализированных дисциплин - медицинская, ветеринарная, сельскохозяйственная и промышленная.

Промышленная микробиология - это наука о важнейших микробиологических процессах и их практическом применении для получения индустриальным способом ценных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, их биомассы как важнейшего белкового продукта, о получении отдельных полезных веществ, используемых в различных отраслях н/х.

В основе этой науки лежит микробиологическая (биоценология).

Биоценология рассматривает теоретически и практически проблемы, связанные с производством большого числа продуктов, которые образуются в результате микробиологического синтеза.

2) Микроорганизмы -- мельчайшие живые организмы, большинство которых невидимы невооруженным глазом.

К микроорганизмам относятся простейшие (одноклеточные животные), бактерии(см.), спирохеты, риккетсии (внутриклеточные паразиты, возбудители особой группы заразных болезней, так называемых риккетсиозов), вирусы (см.) и грибки (см. Грибки паразитические). Микроорганизмы (микробы) -- невидимые невооруженным глазом организмы растительного и животного происхождения. Изучение микроорганизмов стало возможным после изобретения микроскопа. Микроорганизмы -- собирательное понятие, в него входят бактерии, вирусы, дрожжи, актиномицеты и плесневые грибы, микроскопические водоросли, простейшие. Величина М. колеблется от 50 мк до 10 ммк.

Среди всевозможных форм, объединяемых в перечисленные группы, имеются одноклеточные (бактерии, дрожжи, простейшие) и многоклеточные (нитчатые бактерии, некоторые плесневые грибы). Изучением микроорганизмов занимаются микробиология (медицинская, ветеринарная и др.), бактериология, вирусология, протозоология. Совокупность разновидностей М., обитающих в определенном субстрате (воздух, почва, кишечник и т. д.), называется микрофлорой. Помимо размеров, ряд особенностей отличает микроорганизмы от других организмов. М. могут находиться между собой в антагонистических (см. Антагонизм микробов), симбиотических (см. Симбиоз) или метабиотических (продукты жизнедеятельности одних М. служат источником энергии и питания для других М.) отношениях. Разлагая растительные и животные остатки, М. осуществляют минерализацию органических веществ, принимая активное участие в круговороте веществ в природе. Некоторые М. вызывают заболевания у человека, животных и растений.

Основные группы микроорганизмов -- см. Бактерии, Вирусы, Грибки паразитические, Дрожжи, Простейшие. Все живые организмы на Земле делятся на две группы - надцарство прокариот и надцарство эукариот.

К надцарству прокариот относится три царства:

· царство бактерий (эубактерий),

· царство архебактерий,

· царство цианобактерий (цианей, синезеленых водорослей).

К надцарству эукариот относится три царства:

· царство растений,

· царство животных

· царство грибов.

Главное отличие

У прокариот нет ядра, кольцевая ДНК (кольцевая хромосома) расположена прямо в цитоплазме (этот участок цитоплазмы называется нуклеоид).

У эукариот есть оформленное ядро (наследственная информация [ДНК] отделена от цитоплазмы ядерной оболочкой).

3) К сферическим бактериям относят: микрококки, диплококки, стрептококки, стафилококки и сарцины.

К извитым формам относят спирохеты, спириллы и вибрионы. Сферические формы (кокки) - шаровидные бактерии размером 0,5 - 1,0 мкм; по взаимнму расположению клеток различают микрококии, диплококки, стрептококки, тетракокки, сарцины и стафилококки.

Микрококки (лат. малый) - отдельно расположенные клетки или в виде "пакетов".

Диплококки (лат. двойной) - располагаются парами, так как клетки после деленияне расходятся.

Стрептококки (от греч. streptos - цепочка) - клетки округлой или продолговатой формы, составляющие цепочку вследствие деления клеток в одной плоскости и сохранения связи между ними в месте деления.

Сарцины (от лат. sarcina - связка, тюк) - располагаются в виде пакетов из 8-и и более кокков, так как они образуются при делении клетки в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.

Стафилококки (от. греч. staphyle - виноградная гроздь) - кокки расположенные в виде грозди винограда в результате деления в различных плоскостях.

Палочковидные бактерии различаются пао размерам, форме концов клетки и взаимному расположению клеток. Длина клеток варьирует от 1,0 до 8,0, толщина от 0,5 до 2,0 мкм. Палочки могут быть правильной (кишечная палочка) и неправильной (коринебактерии) формы, в том числе ветвящиеся, например актиномицеты. Слегка изогнутые палочки называют вибрионами (холерный вибрион). Большинство палочковидных бактерий располагаются беспорядочно, так как после деления клетки расходятся.

Риккетсии - мелкие грамотрицательные палочковидные бактерии (0,3 - 2,0 мкм), облигатные внутриклеточные паразиты. Размножаются делением в цитоплазме, а некоторые - ядре инфицированных клеток. Обитают в организме членистоногих (вшей, блох, клещей), которые являются их хозяевами или переносчиками. Форма и размер риккетсий могут изменяться (клетки неправильной формы, нитевидные) в зависимости от условий роста. Структура риккетсии не отличается от таковой грамотрицательной бактерии.

Хламидии - относятся к облигатным внутриклеточным кокковым грамотрицательным (иногда грамвариабельным) бактериям. Вне клеток хламидии имеют сферическую форму (0,3 мкм), метаболически неактивны и называются элементарными тельцами. В клеточной стенке элементарных телец имеется главный белок наружной мембраны и белок, содержащий большое количество цистеина. Хламидии размножаются только в живых клетках, их рассматривают как энергетических паразитов.

Элементарные тельца попадают к эпителиальную клетку путем эндоцитоза с формированием внутриклеточной вакуоли. Внутри клетки они увеличиваются и превращаются в делящиесяретикулярные тельца, образуя скопления в вакуолях (включения). Из ретикулярных телец образуются элементарные тельца, которые выходят из клеток путем экзоцитоза или лизиса клетки.

Микоплазмы - мелкие бактерии (0,15 - 1,0 мкм), окруженные цитоплазматической мембраной и не имеющие клеточной стенки. Из-за отсутствия клеточной стенки микоплазмы осмотически чувствительны. Имеют разнообразную форму: кокковидную, нитевидную, колбовидную. Эти формы видны при фазово-контрастной микроскопии чистых культур микоплазм. Патогенные микоплазмы вызывают хронические инфекции - микоплазмозы.

4) Бактериальная клетка состоит из клеточной стенки, цитоплазматической мембраны, цитоплазмы с включениями и ядерного аппарата, называемого нуклеоидом. Имеются другие структуры: мезосома, хроматофоры, тилакоиды, вакуоли, включения полисахаридов, жировые капельки, капсула (микрокапсула, слизь), жгутики, пили. Некоторые бактерии способны образовывать споры.

Структуру и морфологию бактерий изучают с помощью различных методов микроскопии: световой, фазово-контрастной, интерференционной, темнопольной, люминесцентной и электронной. Бактериальная клетка состоит из клеточной стенки, цитоплазматической мембраны, цитоплазмы с включениями и ядерного аппарата, называемого нуклеоидом. Имеются другие структуры: мезосома, хроматофоры, тилакоиды, вакуоли, включения полисахаридов, жировые капельки, капсула (микрокапсула, слизь), жгутики, пили. Некоторые бактерии способны образовывать споры.

Структуру и морфологию бактерий изучают с помощью различных методов микроскопии: световой, фазово-контрастной, интерференционной, темнопольной, люминесцентной и электронной.

5) Метод Грама -- метод окраски микроорганизмов для исследования, позволяющий дифференцировать бактерии по биохимическим свойствам их клеточной стенки. Предложен в 1884 году датским врачом Г. К. Грамом.

По Граму бактерии окрашивают анилиновыми красителями -- генциановым или метиловым фиолетовым и др., затем краситель фиксируют раствором иода. При последующем промывании окрашенного препарата спиртом те виды бактерий, которые оказываются прочно окрашенными в синий цвет, называют грамположительными бактериями (обозначаются Грам (+)), -- в отличие от грамотрицательных (Грам (?)), которые при промывке обесцвечиваются.

После промывания растворителем при окрашивании по Граму добавляется контрастный красный краситель, который окрашивает всех грамотрицательных бактерий в красный или розовый цвет. Это происходит из-за наличия внешней мембраны, препятствующей проникновению красителя внутрь клетки. Тест классифицирует бактерии, разделяя их на две группы относительно строения их клеточной стенки

Грамотрицательные бактерии -- это бактерии, которые не окрашиваются кристаллическим фиолетовым приокрашивании по Граму^[2]. В отличие от грамположительных бактерий, которые сохранят фиолетовую окраску даже после промывания обесцвечивающим растворителем (спирт), грамотрицательные полностью обесцвечиваются. После промывания растворителем при окрашивании по Граму добавляется контрастный краситель (обычносафранин), который окрашивает всех грамотрицательных бактерий в красный или розовый цвет. Это происходит из-за наличия внешней мембраны, препятствующей проникновению красителя внутрь клетки. Сам по себе тест полезен при классификации бактерий и разделении их на две группы относительно строения их клеточной стенки. Из-за своей более мощной и непроницаемой клеточной стенки грамотрицательные бактерии более устойчивы кантителам чем грамположительные. Грамположительные бактерии (обозначаются Грам (+)) -- бактерии, которые, в отличие от грамотрицательных бактерий, сохраняют окраску, не обесцвечиваются при промывке при использовании окраски микроорганизмов по методу Грама.

Большинство Грам (+) бактерий имеют однослойную клеточную мембрану, без внешней мембраны, присущей грамотрицательным бактериям.

6) Бактерии способны передвигаться в жидкости, используя много механизмов, таких как жгутики (flagella), изменения поверхностного натяжения, изменения плавучести, полимеризацию актина, который окружает их, и множество еще неизвестных механизмов.

Жгутики: Бактериальные жгутики (flagella) -- это другие структуры, чем у эукариотов. В зависимости от места их расположение на клетке, бактерии разделяют на монотрихи (с одним жгутиком на конце), лофотрихи (с пучком жгутиков на конце) и перитрихи (с многими жгутиками по всей поверхности). Много бактерий (например E.coli) имеют два разных режима работы жгутиков: движение вперед и «танец» (tumbling). «Танец» позволяет им внести в свое движение необходимую «случайность».

7) Спора - это покоящаяся стадия спорообразующих видов бактерий. Некоторые палочковидные бактерии, попав в неблагоприятные условия, образуют внутри своих клеток тельца округлой или эллиптической формы, получившие название спор. На образование их затрачивается почти всё содержимое протоплазмы. Сначала образуется проспора, которая затем превращается в спору. Процесс образования споры занимает от 40-50 мин. до нескольких часов, а иногда затягивается на целые сутки. Спороносные клетки теряют способность к размножению. После созревания споры остатки вегетативной клетки отмирают и разрушаются. Наружная оболочка - экзина становится малопроницаемой для воды и растворённых в ней веществ. Внутренняя оболочка - интина играет важную роль в прорастании споры. Из неё строится оболочка для новой вегетативной клетки. Вода в споре находится в особом состоянии, ферменты малоактивны, оболочка ограничивает обмен спор с внешней средой - всё это позволяет спорам сохраняться в жизнеспособном состоянии десятки и сотни лет. Следовательно, спора является устойчивой формой бактерии к неблагоприятным условиям внешней среды.

8) АРХЕБАКТЕРИИ(археи), группа древних микроорганизмов, иногда выделяемая в самостоятельное царство. Включает более 40 видов. Морфологически и цитологически близки к эубактериям (истинным бактериям), основное отличие в аппарате синтеза белка. Отличаются также по химическому строению мембран, у многих в клеточной стенке есть белковый слой. По форме клетки могут быть палочками, кокками, спириллами и др. Развиваются как в кислородных, так и в бескислородных условиях. Метаногены - высокоспециализированные автотрофные анаэробные археи, для которых уникальная в живом мире реакция синтеза метана служит единственным источником энергии. Обитают в донных отложениях водоёмов, пищеварительном тракте растительноядных животных. Играют важнейшую роль в биосферных механизмах, являясь главным источником метана на Земле, большинство запасов природного газа в далёком прошлом образовано благодаря деятельности этих бактерий. Возможно, появились на Земле около 3 млрд. лет назад, когда в атмосфере отсутствовал кислород. Среди архей встречаются виды, способные развиваться при солёности воды, существенно превышающей солёность морской, а также обитающие в горячих источниках, кипящих грязевых котлах и др., способные развиваться при температуре 80--110 °C. Микоплазма (лат. Mycoplasma) -- род бактерий класса Микоплазмы (Mollicutes), не имеющих клеточной стенки. Представители вида могут быть паразитарными или сапротрофными. Несколько видов патогенны для людей, в том числе Mycoplasma pneumoniae, которая является одной из причин атипичной пневмонии и других респираторных заболеваний, и Mycoplasma genitalium, которая, как считается, участвует в появлении тазовых воспалительных заболеваний.

Микоплазма и уреаплазма являются родственными бактериями, т.е. бактериями, представляющими два рода общего происхождения (порядка, как говорят микробиологи).

Родственностью объясняются похожие жалобы, сходные проявления (клиническая симптоматика), общие принципы диагностики и выбор лекарственных средств для лечения.

9) Миксобактерии (лат. Myxococcales) -- порядок класса дельта-протеобактерий. Миксобактерии распространены в почвах, способны кскользящему движению^[1] и обладают относительно большими для бактерий геномами, состоящим из 9--10 миллионов парнуклеотидов. Sorangium cellulosum (Polyangium cellulosum) обладает геномом в 13 с лишним миллионов пар нуклеотидов, на 2007 год это был самый крупный из известных бактериальных геномов^[2].

Миксобактерии образуют специфические колонии-швармы, способные передвигаться по поверхности среды. Колонии миксобактерий синтезируют многочисленные экзоферменты (лизоцим, протеазы и целлюлазы). Из-за того, что миксобактерии совместно разрушают органические субстраты, в том числе и бактерии других видов, их часто сравнивают с волчьей стаей^[3].

Цитофаги имеют клетки удлиненной формы, тоже образуют слизистые колонии, но без микроцист. Они участвуют в разложении сложных углеводов.

Цитофаги и бактероиды составляют многочисленные и важные группы и обсуждаются no - отдельности, не имея общих фе-нотипических свойств.

Цитофаги разлагают полимеры, такие как целлюлоза или хитин. Колонии их на агаризованных средах расползаются, образуя шварм, и часто окрашены в желтый цвет, который при обработке 20 % - ным раствором КОН становится пурпурным, указывая на присутствие характерного каротинода флексирубина.

К цитофагам относят также длинные нитевидные пресноводные Flexibacter и морские Mic roscilla. Многие из этих организмов синтезируют активные гидролитические ферменты, позволяющие им лизировать структурные белки вплоть до кератина. Некоторые скользящие бактерии, например Lysobacter, способны лизировать клетки бактерий, образуя на газоне расползающиеся негативные пятна, подобные тем, которые оставляют за собой амебы.

10) Грибы (Fungi, Mycetes) - эукариоты, низшие растения, лишенные хлорофилла, в связи с чем они не синтезируют органические соединения углерода, то есть это гетеротрофы, имеют дифференцированное ядро, покрыты оболочкой, содержащей хитин. В отличие от бактерий, грибы не имеют в составе оболочки пептидогликана, поэтому нечувствительны к пенициллинам. Для цитоплазмы грибов характерно присутствие большого количества разнообразных включений и вакуолей. Плесени образуют типичный мицелий, стелющийся по питательному субстрату. От мицелия вверх поднимаются воздушные ветви, которые оканчиваются плодоносящими телами различной формы, несущими споры.

Мукоровые или головчатые плесени (Mucor) - одноклеточные грибы с шаровидным плодоносящим телом, наполненным эндоспорами.

Плесени рода Aspergillus - многоклеточные грибы с плодоносящим телом, при микроскопии напоминающим наконечник лейки, разбрызгивающей струйки воды; отсюда название "леечная плесень". Некоторые виды аспергилл используются в промышленности для производства лимонной кислоты и других веществ. Есть виды, вызывающие заболевания кожи и легких у человека - аспергиллезы.

Дрожжи - дрожжевые грибы (Saccharomycetes, Blastomycetes) имеют форму круглых или овальных клеток, во много раз крупнее бактерий. Средний размер дрожжевых клеток приблизительно равен поперечнику эритроцита (7-10 мкм). Отличительной морфологической особенностью дрожжей является отсутствие нитевидного мицелия и обычное размножение почкованием. На поверхности материнских клеток возникают отростки, которые, отделившись затем от материнской клетки, превращаются в самостоятельные новые особи. Кроме почкования, истинные дрожжи могут размножаться половым способом, образуя аски - половые споры.

Большинство видов дрожжей непатогенны. Их способность вызывать брожение широко используется в промышленности - в хлебопечении, виноделии, в получении спиртов и витаминов.

11) Актиномицеты (устар. лучистые грибки) -- бактерии, имеющие способность к формированию на некоторых стадиях развития ветвящегося мицелия (некоторые исследователи, подчёркивая бактериальную природу актиномицетов, называют их аналог грибного мицелия тонкими нитями) диаметром 0,4--1,5 мкм, которая проявляется у них в оптимальных для существования условиях. Имеют кислотоустойчивый (англ. acid fast) тип клеточной стенки, которая окрашивается по Граму как грамположительная, однако по структуре ближе к грамотрицательным. Характеризуются высоким (60--75 %) содержанием ГЦ пар в ДНК.

Наиболее распространены в почве: в ней обнаруживаются представители почти всех родов актиномицетов. Актиномицеты обычно составляют четверть бактерий, вырастающих на традиционных средах при посевах их разведённых почвенных суспензий и 5--15 % прокариотной биомассы, определяемой с помощью люминесцентной микроскопии. Их экологическая роль заключается чаще всего в разложении сложных устойчивых субстратов; предположительно они участвуют в синтезе и разложении гумусовых веществ. Могут выступать симбионтами беспозвоночных и высших растений.

12) Вимрус (лат. virus -- «яд»^[2]) -- неклеточный инфекционный агент, который может воспроизводиться только внутри живых клеток^{[комм. 2]}. Вирусы поражают все типы организмов, от растений и животных до бактерий и архей.Бактериофамги или фамги -- вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки. Чаще всего бактериофаги размножаются внутри бактерий и вызывают их лизис. Как правило, бактериофаг состоит из белковой оболочки и генетического материала одноцепочечной или двуцепочечной нуклеиновой кислоты. Виромиды -- патогены растений, которые состоят из короткого фрагмента (несколько сотен нуклеотидов) высококомплементарной, кольцевой, одноцепочечной РНК, не покрытой белковой оболочкой, характерной для вирусов. Приомны -- особый классинфекционных агентов, представленных белками с аномальной третичной структурой и не содержащих нуклеиновых кислот. Это положение лежит в основе прионной гипотезы^[2].Прионы не являются живыми организмами, но они могут размножаться, используя функции живых клеток

13) Энергетический обмен. Отношение микроорганизмов к молекулярному кислороду (облигатные аэробы, облигатные и факультативные аэробы).

При хранении продуктов питания в них могут развиваться микроорганизмы. Особенностью микробов является необычайно интенсивный обмен веществ. За сутки при благоприятных условиях одна клетка потребляет пищи (по массе) в 30-40 раз больше массы своего тела. Основная часть пищи расходуется в энергетическом обмене, при котором выделяется энергия и большое количество продуктов обмена: кислот, спиртов, углекислого газа, водорода, аммиака и др. Энергетический метаболизм происходит вследствие дыхания и брожения, где в качестве источника энергии используется кислород, получаемый расщеплением органических соединений субстрата (то есть ценных веществ продуктов питания). Эта особенность вызывает явление быстрой порчи пищевых продуктов. Такая способность обусловливается наличием у микроорганизмов большого разнообразия ферментов. В результате деятельности микроорганизмов питательные вещества пищи расщепляются с образованием спирта, кислот, аммиака, сероводорода и т.д., а также ряда дурнопахнущих и ядовитых соединений, приводя к порче продукты, и, делая их непригодными для употребления в пищу.

14) Она играет важную роль в жизнедеятельности микроорганизмов. В клетках микроорганизмов содержится до 85% воды. Все процессы обмена веществ протекают в водной среде, поэтому развитие и размножение микроорганизмов возможно только в среде, содержащей достаточное количество влаги.

Уменьшение влажности среды приводит сначала к замедлению размножения микробов, а затем к его полному прекращению.

Развитие бактерий останавливается при влажности среды, равной примерно 25%, а плесеней - около 15%.

В высушенном состоянии микроорганизмы могут сохранять жизнеспособность в течение длительного времени. Особенно устойчивы к высушиванию споры, которые сохраняются в высушенном состоянии многие годы.

На высушенных средах микроорганизмы не проявляют своей жизнедеятельности. На этом основано консервирование пищевых продуктов методом высушивания. Сушке подвергают плоды, овощи, грибы, молоко, хлеб, мучные кондитерские изделия и т. д.

При увлажнении высушенных продуктов они подвергаются быстрой порче вследствие бурного развития на них сохранивших жизнеспособность микроорганизмов. Сушеные продукты обладают способностью воспринимать влагу из окружающего воздуха, поэтому при их хранении надо следить, чтобы относительная влажностьвоздуха не превышала определенной величины.

Под относительной влажностью воздуха понимается выраженное в процентах отношение фактического количества влаги в воздухе к тому количеству, которое полностью насыщает воздух при данной температуре. Развитие плесневых грибов на сушеных продуктах становится возможным, если относительная влажность воздухапревышает 75-80%.

15)Бактерии и грибы могут интенсивно развиваться только при определенных температурах, соответствующей влажности и реакции среды.

Как при низкой, так и при очень высокой температуре жизнедеятельность микроорганизмов подавляется или совсем не проявляется. Минимальная температура, при которой возможна жизнь большинства почвенных микроорганизмов, равна приблизительно - f-3°C, максимальная--около +45°С. Оптимальная температура 4-20-- 35°С.

Влияние температуры на жизнедеятельность микроорганизмов тесно связано с влажностью. Наибольшей интенсивности достигают процессы разложения при влажности почвы около 20--30%. В соответствии с этим в природе в течение года разложение растительных остатков неравномерно. Наиболее энергично оно совершается чаще всего в первую половину лета, когда тепловые условия и влажность находятся в оптимальном сочетании. В жаркие же летние месяцы, когда почва сильно пересыхает, жизнедеятельность микроорганизмов снижается и процесс разложения сводится к минимуму. Замедляется также разложение по мере уменьшения тепла в осенний период, и, наконец, с наступлением морозов этот процесс совсем прекращается.

· 16) Стерилизамция -- освобождение какого-либо предмета или материала от всех видов микроорганизмов (включая бактерии и ихспоры, грибы, вирусы и прионы), либо их уничтожение. Осуществляется термическим, химическим, радиационным, фильтрационным методами. Термическая: паровая и воздушная (сухожаровая)

· Химическая: газовая или химическими растворами (стерилянтами)

· Плазменная (плазмой перекиси водорода)

· Радиационная стерилизация -- применяется в промышленном варианте

· Метод мембранных фильтров -- применяется для получения небольшого количества стерильных растворов, качество которых может резко ухудшиться при действии других методов стерилизации(бактериофаг, селективные питательные среды, антибиотики)

17) Питательные среды -- субстраты, используемые в лабораторной практике для выращивания микроорганизмов и других биологических объектов. Рост микроорганизмов зависит от наличия в питательной среде достаточного количества органических и неорганических веществ в виде различных солей, витаминов и др. Питательные среды должны обладать также оптимальными физико-химическими свойствами: рН, вязкостью, влажностью, осмотическими свойствами. К числу специальных питательных сред относятся следующие.

1.Элективные, или избирательные, и обогатительные среды. В таких средах созданы благоприятные условия для развития какого-нибудь одного вида микроорганизма,размножение всех остальных видов микробов угнетается. Для этого к среде добавляют либо питательные вещества, которые может использовать только изучаемый микроб, либо различные факторы угнетения, к которым этот микроб нечувствителен. Этот тип питательных сред используется для выделения и установления природы микроорганизмов, присутствующих в исследуемом материале в очень небольшом количестве по сравнению с другими формами. 2. Дифференциально-диагностические среды. Эти питательные среды применяются для идентификации бактериальных культур. Использование дифференциально-диагностических питательных сред основано на том, что при росте на них бактерий происходят химические изменения компонентов среды, которые легко можно наблюдать.

18) Суспензионные культуры - отдельные клетки или группы клеток, выращиваемые во взвешенном состоянии в жидкой среде. Представляют собой относительно гомогенную популяцию клеток, которую легко подвергнуть воздействию химических веществ.

Суспензионные культуры широко используются в качестве модельных систем для изучения путей вторичного метаболизма, индукции ферментов и экспрессии генов, деградации чужеродных соединений, цитологических исследований и др.

Признаком "хорошей" линии служит способность клеток к перестройке метаболизма и и высокая скорость размножения в конкретных условиях культивирования. Морфологические характеристики такой линии:

· высокая степень дезагрегации (5-10 клеток в группе);

· морфологическая выравненность клеток (небольшие размеры, сферическая или овальная форма, плотная цитоплазма);

· отсутствие трахеидоподобных элементов.

Клеточную суспензию получают, помещая каллусную ткань в колбу с жидкой питательной средой. Суспензия перемешивается в колбе на качалке, имеющей скорость перемешивания 100 - 120 об/мин. При первом переносе на свежую среду удаляют крупные кусочки исходного каллуса и крупные агрегаты, фильтруя через 1 - 2 слоя марли, нейлоновые сита, шприц с соответствующим отверстием. Для инициализации суспензионной культуры необходимо 2 - 3 г свежей массы каллусной культуры на 60 - 100 мл жидкой питательной среды. Однако для каждой линии культуры клеток существует минимальный объем инокулята, при меньшем размере которого культура не растет.

19) Для подавляющего большинства прокариот характерно равновеликое бинарное поперечное деление, приводящее к образованию двух одинаковых дочерних клеток. При таком способе деления имеет место симметрия в отношении продольной и поперечной оси. У большинства грамположительных эубактерий и нитчатых цианобактерий деление происходит путем синтеза поперечной перегородки, идущего от периферии к центру А). Так, у Bacillus subtilis в середине клетки сначала имеет место кольцевое впячивание ЦПМ, сопровождающееся формированием мезосом разного внешнего вида. Они образуются в месте закладки поперечной перегородки, и предполагается их активное участие в процессах синтеза пептидогликана и других компонентов клеточной стенки. Вариантом бинарного деления является почкование, которое можно рассматривать как неравновеликое бинарное деление. При почковании на одном из полюсов материнской клетки образуется маленький вырост (почка), увеличивающийся в процессе роста. Постепенно почка достигает размеров материнской клетки, после чего отделяется от последней. Клеточная стенка почки полностью синтезируется заново. В процессе почкования симметрия наблюдается в отношении только продольной оси. При равновеликом бинарном делении материнская клетка, делясь, дает начало двум дочерним клеткам и сама, таким образом, исчезает. При почковании материнская клетка дает начало дочерней клетке, и между ними можно в большинстве случаев обнаружить морфологические и физиологические различия: есть старая материнская клетка и новая дочерняя. В этом случае можно наблюдать процесс старения. Так, для некоторых штаммов Rhodomicrobium показано, что материнская клетка способна отпочковывать не более 4 дочерних клеток. Дочерние клетки лучше приспосабливаются к меняющимся условиям. Почкование обнаружено в разных группах прокариот: сред фототрофов и хемотрофов, осуществляющих авто- и гетеротрофный конструктивный метаболизм. Вероятно, оно в процессе эволюции возникало несколько раз.

20) Поскольку вначале жизнь была микробной, мы должны остановиться на типах питания мик-роорганизмов, чтобы получить представление о пищевых нуждах примитивных организмов. У высших организмов все просто: здесь существуют две четко выраженные группы.

Это автотрофы, питающиеся неорганическими соединениями, и гетеротрофы, которые потребляют в пищу только органические соединения. Растения, за немногими исключениями, автотрофы, а все животные - гетеротрофы.

Но в мире микроорганизмов возможны и иные варианты. Вслед за Станье и сотр., мы можем принять следующую классификацию по типам энергии и пищи, используемых в метаболизме.

Прежде всего микроорганизмы делятся на фототрофные (или фото-синтезирующие), которые используют лучистую энергию, и хемо-трофные, использующие энергию темновых окислительно-восстановительных реакций (об этом делении уже говорилось в гл. VIII, разд.5).

Обе группы далее делятся в зависимости от используемых доноров электронов.

Организмы, использующие неорганические доноры электронов, называются литотрофными, а органические - органотрофными. Всего получается четыре группы:Фотолитотрофные организмы используют лучистую энергию и неорганические доноры электронов.

Сюда относятся не только зеленые растения, но и сине-зеленые водоросли, а также некоторые бактерии. Фотоорганотрофные организмы используют лучистую энергию и органические доноры электронов.

21) В природных условиях обитания микроорганизмы образуют сложный биоценоз -- такие сообщества, в которых они находятся в определенных взаимоотношениях и где каждый вид микроорганизма находится под постоянным стимулирующим или угнетающим влиянием…В природных условиях обитания микроорганизмы образуют сложный биоценоз -- такие сообщества, в которых они находятся в определенных взаимоотношениях и где каждый вид микроорганизма находится под постоянным стимулирующим или угнетающим влиянием со стороны окружающих его других видов.

В производственных условиях при сбраживании культуральных сред наряду с микроорганизмами, являющимися продуцентами желательных для них веществ, также находятся те или иные сопутствующие им микроорганизмы. Взаимоотношения между живущими в одних и тех же условиях разными микроорганизмами могут быть самыми различными. В основном эти взаимоотношения сводятся к симбиозу, метабиозу и антагонизму.

Симбиоз характеризует такие взаимоотношения микроорганизмов, при которых оба симбионта (сожителя) получают взаимную пользу, развиваясь вместе даже лучше, чем каждый в отдельности. Симбиотические взаимоотношения существуют между некоторыми молочнокислыми бактериями и дрожжами. Молочнокислые бактерии, продуцируя молочную кислоту, создают благоприятные условия (оптимальный pH) для роста дрожжей, которые, обогащая, в свою очередь, среду обитания аминокислотами и витаминами, стимулируют развитие молочнокислых бактерий. Квас -- продукт симбиоза этих двух микроорганизмов.

Метабиоз означает такое взаимоотношение микроорганизмов, при котором продукты обмена одного вида микроорганизмов служат питательным материалом для другого. Так, дрожжи, развиваясь в сахаристых субстратах, превращают сахар в этанол. После этого в культуральной среде, содержащей этанол, могут развиваться уксуснокислые бактерии, окисляющие этанол в уксусную кислоту, а уксусная кислота, в свою очередь, используется плесенями, которые превращают ее в диоксид углерода и воду.

Антагонизм -- противоположность метабиоза. Это такая форма конкурентных взаимоотношений, при которой один микроорганизм угнетает или даже вызывает полную гибель другого. В борьбе за существование у микробов выработались различные антагонистические отношения.

22) Бактерии в совокупности с другими группами микроорганизмов выполняют колоссальную химическую работу. При их участии происходит разложение сложных органических веществ -- растительных и животных отстатков-- до простых минеральных соединений: углекислоты, аммиака, нитратов, сульфатов и др.,-- которые вновь ассимилируются растениями, а затем поступают в организм животного. Таким образом на Земле осуществляется в колоссальном масштабе круговорот жизненно необходимых элементов: углерода, азота, серы, фосфора, железа и др., и бактерии являются важнейшим звеном в этом процессе.Превращая различные соединения, бактерии получают необходимую для их жизнедеятельности энергию и питательные вещества. Процессы обмена веществ, способы добывания энергии и потребности в материалах для построения веществ своего тела у бактерий чрезвычайно разнообразны.Одни из бактерий нуждаются в готовых органических веществах -- аминокислотах, углеводах, витаминах,-- которые должны присутствовать в среде, так как сами не могут их синтезировать. Такие микроорганизмы называются гетеротрофами. Другие бактерии все потребности в углероде, необходимом для синтеза органических веществ тела, удовлетворяют исключительно за счет углекислоты. Они называются автотрофами. Катаболизм - это энергетический обмен, система реакций, благодаря которым любое живое существо получает энергию для жизнедеятельности, для построения клеточного материала, для размножения.

23) Спиртовое брожение -- химическая реакция брожения, осуществляемая дрожжами, в результате которой одна молекула глюкозы преобразуется в 2 молекулы этанола и в 2 молекулы углекислого газа. Реакция спиртового брожения подобна гликолизу. Расхождение начинается только после образования пирувата. Конечный этап гликолиза заменяется двумя ферментативными реакциями. Сначала пируват подвергается декарбоксилированию, продуктом которого являетсяацетальдегид. Данная реакция происходит при участии пируватдекарбоксилазы, ТПФ и ионов магния.

CH3-CO-COOH-----CH3-COHCO2

После ацетальдегид восстанавливается водородом, который отщепляется от кофермента NADH. При этом ацетальдегид восстанавливается до этанола. Собственно, цель спиртового брожения -- это окисление NADH, чтобы он мог снова принять участие в гликолизе. Катализатором является алкогольдегидрогеназа.

Таким образом, продуктами спиртового брожения являются этанол и CO2, а не молочная кислота, как в молочнокислом брожении.

В результате получается реакция:

C6H12O6----2C2H5OH+2CO2

24) Молочнокислое брожение -- процесс анаэробного окисления углеводов, конечным продуктом при котором выступает молочная кислота. Название получило по характерному продукту -- молочной кислоте. Для молочнокислых бактерий является основным путем катаболизмауглеводов и основным источником энергии в виде АТФ. Также молочнокислое брожение происходит в тканях животных в отсутствие кислородапри больших нагрузках.

25) В отличие от гомоферментативного брожения, деградация глюкозы идет по пентозофосфатному пути, образующийся из ксилулозо-5-фосфата глицеральдегид-3-фосфат окисляется до молочной кислоты, а ацетилфосфат восстанавливается до этанола (некоторые гетероферментативные молочнокислые бактерии окисляют полученный этанол частично или полностью до ацетата). Таким образом, при гетероферментативном молочнокислом брожении образуется больше продуктов: молочная кислота,уксусная кислота, этанол, двуокись углерода. примеры гетероферментативных молочнокислых бактерий

26) Маслянокислое брожение -- брожение, в ходе которого образуется масляная кислота C₃H₇COOH. При этом водород и двуокись углерода являются побочными продуктами. Маслянокислое брожение -- результат деятельности анаэробных бактерий, в том числе рода Клостридиум. Как следует из названия, такое брожение связано с прогорканием жиров.

Важная сфера возникновения такого брожения -- разложение мертвых тел живых организмов [1]. Масляная кислота обладает специфическим запахом, привлекающим детритофагов.

27) В промышленности превращение крахмала в глюкозу (процесс осахаривания) происходит путём кипячения его на протяжении нескольких часов с разбавленной серной кислотой (каталитическое влияние серной кислоты на осахаривание крахмала было обнаружено в 1811 г.К. С. Кирхгофом). Чтобы из полученного раствора удалить серную кислоту в него добавляют мел, получая из серной кислоты нерастворимыйсульфат кальция. Последний отфильтровывают, и вещество выпаривают. Получается густая сладкая масса -- крахмальная патока, которая содержит кроме глюкозы значительное количество остальных продуктов гидролиза крахмала.

Патока используется для приготовления кондитерских изделий и для разнообразных технических целей.

Если нужно получить чистую глюкозу, то кипячение крахмала ведут дольше, чем достигается более полное превращение его в глюкозу. Полученный после нейтрализации и фильтрования раствор сгущают, пока из него не начнут выпадать кристаллы глюкозы. Также в настоящее время гидролиз крахмала производят ферментативно, с использованием альфа-амилазы для получения декстринов различной длины, и глюкоамилазы ? для дальнейшего их гидролиза с получением глюкозы.

При нагревании сухого крахмала до 200--250 °C происходит частичное его разложение и получается смесь менее сложных чем крахмал полисахаридов (декстрин и другие).

Физическое изменение позволяет получать крахмал с высокой способностью удерживать влагу, что в свою очередь придает конечному продукту желаемую консистенцию. Модифицированный крахмал не имеет никакого отношения к генетически модифицированным организмам, так как является веществом, а не организмом, и никаких генов не имеет.

28) Клетчатка (целлюлоза) является главной составной частью растительных тканей. Она представляет собой сложный полисахарид, обладающий большой химической устойчивостью. Однако некоторые бактерии и грибы выделяют ферменты, разрушающие клетчатку. Разложение клетчатки постоянно происходит в природе и может протекать как в анаэробных, так и в аэробных условиях. Брожение целлюлозы заключается в разрушении клетчатки в анаэробных условиях с образованием масляной и уксусной кислот, углекислого газа, водорода или метана. Сущность брожения клетчатки вскрыта в 1902 г. Омелянским, который выделил две разновидности бактерий, разрушающих клетчатку: одна из них вызывает брожение целлюлозы с образованием преимущественно водорода (водородное брожение), а другая - метана (метановое брожение).

Бактерии Омелянского представляют собой спорообразующие анаэробные палочки, имеющие оптимальную температуру развития около 30°С; они широко распространены в природе.

Брожение клетчатки вызывают также некоторые термофильные бактерии. Они образуют споры и являются факультативными анаэробами, хорошо развивающимися при температуре 60-65°С.

Брожение клетчатки находит использование в технике при получении горючих газов, а также уксусной и муравьиной кислот из опилок, соломы и других растительных материалов, богатых целлюлозой.

Аэробное разрушение клетчатки происходит под действием различных микроорганизмов - грибов и аэробных бактерий. К их числу относятся многие грибы из родов пенициллиум, аспергиллус, ботритис, кладоспориум и других, а также актиномицеты и миксобактерии. Аэробное разрушение клетчатки имеет огромное значение в процессах разложения различных растительных остатков и их минерализации в природе. В результате разложения клетчатки, а также других органических соединений, в почве под влиянием грибов и бактерий образуется гумус - темноокрашеные вещество, характеризующее черноземную почву.

29) Пектимновые веществам или пектины (от др.-греч. рзкфьт -- свернувшийся, замёрзший) -- полисахариды, образованные остатками главным образом галактуроновой кислоты. Присутствуют во всех высших растениях, особенно много во фруктах и в некоторых водорослях. Пектины, являясь структурным элементом растительных тканей, способствуют поддержанию в них тургора, повышают засухоустойчивость растений, устойчивость овощейи фруктов при хранении. Ферментативное разрушение пектиновых веществ в растениях имеет значение в патогенезе некоторых заболеваний. Фитопатогенные грибы разрушают пектин срединной пластинкой и пектаты в первичных клеточных оболочках, что приводит к изменению их физико-химических свойств и создает условия для внедрения паразита, а также в результате действия пектинэстеразы образуются вещества - полигалактурониды, способные закупоривать сосуды, что в конечном итоге приводит к увяданию растений.

Существенное значение разрушения пектиновых веществ грибами имеет при разложении растительного опада.

30) Способ получения уксусной кислоты, включающий взаимодействие этилена и кислорода в присутствии катализатора, содержащего металлический палладий нулевой валентности и по крайней мере один компонент, выбранный из группы, включающей гетерополикислоты или их соли или в присутствии катализатора, содержащего металлический палладий нулевой валентности, по крайней мере один компонент, выбранный из группы, включающей гетерополикислоты или их соли, и по крайней мере один компонент, выбранный из металлов групп 11, 14, 15 и 16 развернутой формы Периодической таблицы элементов. Способ, заключающийся в окислении ацетальдегида, представляет собой двухстадийный окислительный процесс, а именно окисление этилена с образованием ацетальдегида и окисление последнего с образованием уксусной кислоты. Так как ион палладия, способствующий окислению этилена в указанном способе, не в состоянии окислить образующийся ацетальдегид, то катализаторы, используемые на двух стадиях, отличаются друг от друга. Поэтому прямой синтез уксусной кислоты по указанному способу является затруднительным. Способ, заключающийся в карбонилировании метанола, имеет тот недостаток, что стоимость родия, катализатора, который используют в этом способе, чрезвычайно высока. С другой стороны, по способу, заключающемуся в окислении низшего углеводорода, можно синтезировать уксусную кислоту в одну стадию. Однако условия реакции являются сравнительно жесткими, и в результате образуется много побочных продуктов. Таким образом, в указанном способе трудно добиться улучшения селективности и повысить выход. Более того, все указанные выше способы осуществляются в виде гомогенных реакций в жидкой фазе, а потому требуют проведения сложных операций по регенерации катализаторов, выделения продуктов, а также других процедур. Для получения лимонной кислоты путем микробного синтеза в лабораторных условиях использовали микромицеты (Aspergillus clavatus, Penicillium luteum, P. citricum, Mucor piriformis, Ustina vulgaris и др.), но для промышленного биосинтеза наиболее подходящим оказался Aspergillus niger. Впоследствии из него было селекционировано множество производственных штаммов для биосинтеза лимонной кислоты из сахарозы.

Многие органические вещества сбраживаются микромицетами и могут быть трансформированы в лимонную кислоту, но максимальный выход получается при биосинтезе из сахарозы или фруктозы. В последнее время успешно завершены эксперименты по биосинтезу лимонной кислоты дрожжами (Candida lipolytica и др.) из парафинов и низших спиртов (этанола) с высоким выходом (80--140%).

Лимонная кислота по объему производства является одним из главных продуктов микробного синтеза. Ее общий выпуск в различных странах достигает 400 тыс. т в год (по данным В. А. Смирнова, 1983). Лимонную кислоту получают в основном из мелассы. Заводы небольшой или средней мощности производят лимонную кислоту поверхностным методом культивирования. Глубинный метод экономически выгоден тогда, когда мощность завода превышает 2500 т лимонной кислоты в год.

31) Микроорганизмы гидролизуют жиры, попадающие в почву из погибших растительных и животных клеток, при помощи фермента липазы с образованием глицерина и жирных кислот. Эти соединения далее разлагаются почвенными микроорганизмами вплоть до С02 и Н20. Микробиологическая утилизация жирных кислот протекает гораздо медленнее, чем утилизация глицерина, поэтому они обычно накапливаются в искусственной питательной среде. Жирные кислоты подвержены и анаэробному разложению, в результате которого образуются углеводороды, содержащие 10--9* 131 25 атомов углерода. С этим процессом связывают возможность микробиологического происхождения нефти.

Среди аэробных почвенных микроорганизмов способностью окислять жирные кислоты обладают бактерии а также многие грибы и актиномицеты, в том числе представители Для культивирования микроорганизмов, гидролизующих жиры, рекомендуют использовать питательную среду Рана (133). В конические колбы разливают питательный бульон, так чтобы глубина его слоя составила 10--15 см, добавляют 3% касторового масла, стерилизуют и засевают почвенной суспензией (1 мл).

32) Гниемние (аммонификация) -- процесс разложения азотсодержащих органических соединений (белков, аминокислот), в результате их ферментативного гидролиза под действием аммонифицирующих микроорганизмов с образованием токсичных для человека конечных продуктов -- аммиака, сероводорода, а также первичных и вторичных аминов при неполной минерализации продуктов разложения: Характерной особенностью так называемых протеолитических клостридиев (то есть разрушающих белки -- например Clostridium hystoliticum) является способность сбраживатьаминокислоты (таким образом используя их для получения энергии и как источник углерода) и продуцировать протеолитические ферменты. Представители рода Clostridium способны сбраживать глутаминовую кислоту, глутамин, гистидин, лизин, аргинин, фенилаланин, серин, треонин, аланин и цистеин. Некоторые аминокислоты могут сбраживаться одиночно (например лизин, в результате сбраживания которого происходит образование аммиака, масляной и уксусной кислот), а некоторые лишь парами (при котором происходит сопряжённаяокислительно-восстановительная реакция, в которой одна аминокислота выступает в роли донора электронов, а вторая- акцептора). Донорами электронов в реакциях парного сбраживания могут выступать аспарагин, аланин, валин, серин, гистидин, в роли акцептора -- глицин, пролин, орнитин, аргинин.

33) Мочевина (карбамид) - СО(NH[2])[2]. Получают синтезом из аммиака и диоксида углерода при высоких давлениях и температуре. Белый микрокристаллический продукт, хорошо растворимый в воде. Гигроскопичность при температуре 20 -0С сравнительно небольшая. При хороших условиях хранения слеживается мало, сохраняет удовлетворительную рассеиваемость. Очень хорошими физическим свойствами обладает гранулированная мочевина. Гранулы диаметром 0,2-0,25 мм покрывают жировой оболочкой. В процессе грануляции образуется биурет. микробиология микроорганизм бактерия вода

Разложение мочевины происходит под влиянием уреазы уробактерий, мочевина при этом превращается в аммиак и углекислоту. Для накопления данной группы бактерий пользуются средами, содержащими мочевину, которые разливают в колбы. Под ватную пробку подвешивают влажную красную лакмусовую бумажку для обнаружения аммиака. На богатых гумусом почвах это превращение происходит за 2-3 дня, на песчаных и болотистых несколько медленнее