Морфологические и физиологические особенности микроорганизмов-продуцентов

Рисунок 10 - Механизм распределения бактериальных хромосом

КУЛЬТИВИРОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ

Питательные среды. Для выращивания микроорганизмов (например, бактерий) в условиях лаборатории или производства используют жидкие, плотные и полужидкие питательные среды, которые должны обязательно отвечать трем основным требованиям:

содержать в достаточном количестве все необходимые питательные вещества (источники энергии, углерода, азота), соли и ростовые факторы;

иметь оптимальное значение рН для роста данного вида бактерий;

иметь достаточную влажность (при их усыхании повышается концентрация питательных веществ, особенно солей, тормозящих рост бактерий).

Среды для определения культуральных свойств бактерий должны быть по возможности прозрачными, стерильными, не содержать посторонней микрофлоры. По своему назначению их подразделяют на следующие основные категории.

Универсальные - среды, на которых хорошо растут многие виды бактерий (МПБ, МПА).

Дифференциально-диагностические - позволяющие отличать одни виды бактерий от других по их ферментативной активности или культу- ральным проявлениям (среды Эндо, Плоскирева, Гисса).

Дифференциально-селективные - сочетающие в себе свойства дифференциальных и селективных сред. Используются для ускорения обнаружения и идентификации бактерий.

Специальные - специально приготовленные для получения тех бактерий, которые растут очень плохо или не растут на универсальных средах (кровяной агар, среда Левенштейна - Иенсена).

Синтетические - строго определённого химического состава.

Полусинтетические - синтетические, к которым добавляют продукт природного происхождения (сыворотку, кровь).

Способы культивирования микроорганизмов

Стационарный способ. При культивировании этим способом питательные среды сохраняются постоянными, никаких манипуляций с ними не производят. Преобладают анаэробные энергетические процессы. Выход биомассы незначителен. Для получения большего выхода биомассы или биологически активных соединений разработаны новые методы.

Глубинный способ с аэрацией. Глубинное культивирование проводят в реакторах - в герметичных котлах с жидкой питательной средой, оборудованных автоматическими приспособлениями для контроля рН, О2, температуры, поступления стерильного воздуха и т.д. (цв. вклейка, рис. VII). В аэробных условиях достигается максимальное использование энергии и максимальный выход биомассы. Выход биомассы E.coli при культивировании в стационарных условиях через 18 - 20 ч - 1 млрд, а при глубинном способе через 12 - 14 ч - 50 - 60 млрд.

Проточный способ культивирования позволяет клеткам длительное время находиться в определенной фазе роста (экспоненциальной) при постоянной концентрации питательных веществ и в одних и тех же условиях, обеспечивающих непрерывный рост культуры. Метод основан на том, что в культивируемую суспензию непрерывно добавляют свежую питательную среду и одновременно удаляют соответствующее количество бактерий. Различают два типа аппаратов: хемостаты и турбидостаты. Хемостат - аппарат, в который постоянно добавляется свежая питательная среда. В турбидостате поддерживается постоянная плотность (мутность) бактериальной популяции.

В зависимости от способа культивирования различают периодические (стационарные и при глубинном культивировании) и непрерывные (при проточном) культуры бактерий. При определенных условиях получают синхронные культуры, то есть культуры, в которых все клетки одновременно (синхронно) делятся.

СТАДИИ РОСТА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ БАКТЕРИЙ

В развитии микробной популяции различают следующие последовательные стадии: лаг-фаза; фаза логарифмического роста; стационарная фаза; фаза гибели. Эти фазы можно изобразить графически в виде отрезков кривой размножения бактерий, отражающей зависимость логарифма числа живых клеток от времени культивирования (рис. 11).

Рисунок 11- Последовательные стадии роста периодической культуры бактерий

Природа лаг-фазы во многом связана с тем, что в этот период происходит активный синтез всех компонентов белоксинтезирующей системы и прежде всего такого количества рибосом, которое позволило бы обеспечить максимальную активность всех биосинтетических процессов.

Лаг-фаза (от англ. lag - запаздывание) - период между посевом бактерий и началом размножения. Продолжительность лаг-фазы в среднем 4 - 5 ч. Бактерии при этом увеличиваются в размерах и готовятся к делению; нарастает количество нуклеиновых кислот, белка и других компонентов.

Фаза логарифмического (экспоненциального) роста является периодом интенсивного деления бактерий. Продолжительность ее около 5 - 6 ч. При оптимальных условиях роста бактерии могут делиться каждые 20 - 40 мин. Во время этой фазы бактерии наиболее ранимы, что объясняется высокой чувствительностью компонентов метаболизма интенсивно растущей клетки к ингибиторам синтеза белка, нуклеиновых кислот и др.

Затем, в силу постепенного истощения источника энергии и других жизненно важных метаболитов, скорость размножения бактерий уменьшается, наступает фаза стационарного роста, при которой количество жизнеспособных клеток остается без изменений, составляя максимальный уровень (М-концентрация).

Вслед за этим наступает стадия, характеризующаяся постепенным уменьшением количества жизнеспособных бактерий. Это является следствием ряда причин: истощения источников энергии и других жизненно важных метаболитов, невозможности эффективно регулировать рН среды и др., накопления продуктов метаболизма, тормозящих рост, и, возможно, каких-то других факторов.

Завершает процесс роста бактерий фаза отмирания, характеризующаяся отмиранием бактерий в условиях истощения источников питательной среды и накопления в ней продуктов метаболизма бактерий. Продолжительность ее колеблется от 10 ч до нескольких недель.

Очевидно, что популяция бактерий - это тоже саморегулирующаяся система, сильно зависимая от среды, истощение которой оказывает на нее отрицательное действие. Жизнеспособные клетки, перенесенные из такой среды в новую питательную среду, вновь повторяют полностью весь цикл развития популяции. Интенсивность роста и размножения бактерий зависит от многих факторов, в том числе от оптимального состава питательной среды, окислительно-восстановительного потенциала, рН, температуры и др. В промышленных условиях при получении биомассы микроорганизмов с целью приготовления антибиотиков, вакцин, диагностических препаратов, эубиотиков культивирование бактерий и грибов осуществляют в ферментерах при строгом соблюдении оптимальных параметров для роста и размножения культур.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В этом реферате рассматривалась современные представления о морфологии прокариотной клетки и вирусов, физиологии бактерий и вирусов, строении их генетического аппарата и механизмах наследственности и изменчивости, проблемах систематики микроорганизмов, современной классификации и номенклатуре микроорганизмов, и микрофлоре биосферы.

В последние годы было опубликовано большое количество учебников по микробиологии и вирусологии, но особое место среди них занимает двухтомное издание «Современная микробиология. Прокариоты» под редакцией выдающихся современных микробиологов Й. Ленгера, Г. Древса и Г. Шлегеля, выпущенное издательством «Мир» в 2005 г. в серии «Лучший зарубежный учебник». В этом издании наиболее полно представлены сведения о всех направлениях развития микробиологии. Поэтому читателям, профессионально интересующимся микробиологией, мы рекомендуем прежде всего это издание.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Бабьева, И. П. Биология почв / И. П. Бабьева, Г. М. Зенова. - М.:

Изд-во МГУ, 1989. - 336 с.

2. Беляев, С. С. Метанобразующие бактерии: Биология, систематика, применение в биотехнологии / С. С. Беляев // Успехи микробиологии. - 1988. - Т. 2. - С. 169.

3. Воробьева, Л. И. Промышленная микробиология / Л. И.

4. Воробьева. - М.: Изд-во МГУ, 1989. - 294 с.

5. Гельцер, Ю. Г. Биологическая диагностика почв / Ю. Г. Гельцер. -

М.: Изд-во МГУ, 1986. - 81 с.

6. Готтшалк, Г. Метаболизм бактерий / Г. Готтшалк. - М.: Мир, 1982. - 310с.

7. Гринюс, Л. Л. Транспорт макромолекул у бактерий / Л. Л. Гри- нюс. - М.: Наука, 1986. - 210 с.

8. Громов, Б. В. Экология бактерий / Б. В. Громов, Г. В. Павленко. -

Л.: Изд-во ЛГУ, 1989. - 248 с.

9. Гусев, М. В. Микробиология / М. В. Гусев, Л. А. Минеева. - М.:

Академия, 2003. - 462 с. - ISBN 5-7695-1403-5.

10. Дуда, В. И. Архебактерии в системе царств органического мира / В. И. Дуда, А. В. Лебединский, В. В. Кривенко // Успехи микробиологии. - 1985. - Т. 20. - С. 3.

11. Жизнь микробов в экстремальных условиях / под ред. Д. Кашне- ра. - М.: Мир, 1981. - 519 с.

12. Завальский, Л. Ю. Хемотаксис бактерий / Л. Ю. Завальский, А. В. Лазарев, В. Г. Попов // Успехи микробиологии. - 1989. - Т. 23. - С. 3.

13. Звягинцев, Д. Г. Почва и микроорганизмы / Д. Г. Звягинцев. - М.:

Изд-во Моск. ун-та, 1987. - 226 с.

14. Иерархическая система биоиндикации почв, загрязненных тяжелыми металлами / Е. И. Андреюк [и др.] // Почвоведение. - 1977. - № 12. - С. 1492 - 1496.

15. Кондратьева, Е. Н. Фототрофные микроорганизмы / Е. Н. Кондратьева, И. В. Максимова, В. Д. Самуилов. - М.: Изд-во МГУ, 1989. - 375 с.

16. Кондратьева, Е. Н. Хемолитотрофы и метилотрофы / Е. Н. Кондратьева. - М.: Изд-во МГУ, 1983. - 176 с.

17. Лурия, С. Общая вирусология / С. Лурия, Дж. Дарнелл, Д. Балтимор, Э. Кэмпбелл. - М.: Мир, 1981. - 680 с.

18. Льюин Б. Гены / Б. Льюин. - М.: Мир, 1987. - 544 с.

19. Марголис, Л. Б. Липосомы и их взаимодействие с клетками / Л.Б. Марголис, Л.Д. Бергельсон. - М.: Наука, 1986. - 240 с.

20. Методы почвенной микробиологии и биохимии /под ред. Д. Г. Звягинцева. - М.: Изд-во МГУ, 1991. - 304 с. - ISBN 5-211-01675-0.

21. Современная микробиология. Прокариоты: в 2 т. / под ред. Й. Ленгера, Г. Древса, Г. Шлегеля. - М.: Мир, 2005. - Т. 1. - 654 с. - ISBN 5-03-003707-1; Т. 2. - 493 с. - ISBN 5-03-003708-Х.

22. Спирин, А. С. Молекулярная биология. Структура рибосом и биосинтез белка / А.С. Спирин. - М.: Высш. шк., 1986. - 303 с.

23. Стейниер, Р. Мир микробов: в 3 т. / Р. Стейниер, Э. Эдельберг, Дж. Ингрэм. - М.: Мир, 1979. - Т. 1. - 320 с.; Т. 2. - 334 с.; Т. 3. - 486 с.

24. Стент, Г. Молекулярная генетика / Г. Стент. - М.: Мир, 1974. - 536 с.

25. Хмель, И. А. Плазмиды и эволюция микроорганизмов /

И. А. Хмель // Успехи современной биологии. - 1985. - Т. 99. - С. 323.

26. Шлегель, Г. Общая микробиология / Г. Шлегель. - М.: Мир, 1987. - 476с.

27. Bergey's Manua1 of Systematic Bacteriology. - Ba1timore; Hong Kong; London; Sydney. - 1984, 1986, 1989. - Vol. 1 - 4.

28. The Biology of anaerobic microorganisms / Ed. А. J. В. Zennder. - Y. е. а., 1988.Размещено на Allbest.ru