Среды для выделения и изучения стафилококков

Ни одна отрасль современной медицины, будь то терапия, хирургия или стоматология не мыслима без особого гигиенического режима, который обеспечивал бы относительную чистоту помещений, оборудования лечебно-профилактических учреждений от микробного загрязнения. Комплекс мероприятий по предотвращению распространения инфекций, включающий стерилизацию и дезинфекцию является общим для всех отраслей медицины. Цель — обрыв путей передачи, опосредованных медицинским оборудованием или действиями врача, и снижение риска передачи инфекционных заболеваний.

Инструменты, которыми пользуется врач на приёме больных или во время оперативных вмешательств должны быть стерильными, то есть полностью свободными от каких либо микроорганизмов.

Процесс уничтожения микробов на (в) каких-либо объектах получил название деконтаминации, то есть удаления. Для осуществления этого процесса разработаны и применяются разнообразные методы дезинфекции и стерилизации.

Дезинфекция – комплекс мероприятий, направленных на уничтожение патогенных возбудителей на объектах внешней среды и предупреждающих передачу возбудителя от зараженного организма к здоровому. Она проводится, если отсутствует возможность подвергнуть предмет стерилизации. Дезинфекция осуществляется различными методами: физическими и химическими.

К физическим методам относят:

1) механические (вытряхивание, проветривание, влажная уборка, стирка с моющим средством);

2) применение УФ-излучения (облучение бактерицидными лампами для обеззараживания воздуха, различных поверх­ностей в операционных, перевязочных, мик­робиологических лабораториях, предприяти­ях пищевой промышленности и т. д.)

3) действие высокой температуры

· кипячение- простейший способ дезинфекции игл, шприцев, хирургических инструментов, резиновых тру­бок. Проводят в стерилизаторе в течение 20—30 мин. Стеклянные предметы погружают в холодную, металлические предметы — в горячую воду с добавлением гидрокарбоната натрия. Стерилизуемые предметы кипятят на слабом огне. Началом стерилизации считается момент закипания воды в стерилизаторе. Однако следует помнить, что споры некоторых бацилл и вирусные частицы (воз­будитель гепатита) могут выдерживать кипячение в те­чение нескольких часов.

· пастеризация – метод, применяемый для обработки пищевых жидких продуктов, в основном молока, а также соков, вина и пива. При используемом обычно режиме — 60-70°С в течение 20-30 мин — погибает большинство вегетативных форм бактерий (особенно важно уничтожение бруцелл и Mycobacterium bovis, которые могут находиться в молоке), но сохра­няется часть энтерококков, молочнокислых бактерий и споры. Поэтому пастеризованное молоко помещают на холод для предотвра­щения и прорастания спор и размножения бактерий.

Чаще всего используются химические методы дезинфекции. Химические вещества, используемые для дезинфекции и обладающие противомикробным действием, называются дезинфицирующими или дезинфектантами. Они должны растворяться в воде, в низких концентрациях уничтожать микроба в короткие сроки, не повреждать обеззараживаемые материалы, не обладать резким неприятным запахом, не оказывать побочного действия на организм человека и животных, не терять активности при хранении и соприкосновении с дезинфицируемыми материалами.

При дезинфекции химическим методом применяют следующие дезинфицирующие вещества:

1) хлорсодержащие препараты (хлорная известь, хлорамин Б, гипохлорит кальция, гипохлорит натрия, получаемый электрохимическим путем и др.;

2) окислители (перекись водорода с моющим средством и без него, перманганат калия);

3) фенолы (карболовая кислота, лизол);

4) йод и йодофоры (йод ПАВ);

5) соли тяжёлых металлов (сулема, диоцид, мертиолят);

6) поверхностно-активные вещества — ПАВ (сульфанол);

7) четвертичные аммониевые соединения — ЧАС (мирамистин, роккал, бензалкония хлорид)

8) спирты (70% этанол);

9) альдегиды (глютаровый, формальдегид — формалин);

10) красители (бриллиантовый зеленый, метиленовый синий);

11) кислоты (салициловая, борная и др.)

Выбор метода дезинфекции определяется устойчивостью конкретных микроорганизмов, контаминировавших объект, а также свойствами самого объекта. По устойчивости к действию дезинфицирующих средств в настоящее время выделяют 5 групп возбудителей инфекций: вирусные, бактериальные, туберкулез, кандидозы, дерматомикозы.

В зависимости от направления дезинфекции, могут быть использованы различные вещества, разные концентрации одного и того же вещества или время экспозиции. Различают профилактическую дезинфекцию и дезинфекцию в эпидемическом очаге.

Профилактическая дезинфекция применяется с целью предотвращения возможного распространения инфекционных заболеваний и проводиться во всех общественных местах. Особенно тщательно проводят дезинфекцию во всех учреждениях медицинского профиля.

Дезинфекцию в эпидемическом очаге, в котором обнаружено конкретное инфекционное заболевание, проводят целенаправленно против возбудителей данного заболевания.

Контроль эффективности дезинфекции. Контроль текущей и заключительной дезинфекции в очагах кишечных инфекций основан на обнаружении в исследуемом материале кишечной палочки (этот микроб постоянно находится в выделениях больных и по устойчивости близок к возбудителям кишечных инфекций). После проведения дезинфекции в исследуемом материале кишечная палочка должна отсутствовать.

Для контроля работы дезинфекционных камер используют эталонные культуры, например, стафилококк — при обработке вещей из очагов инфекций, вызванных неспорообразующими микроорганизмами, споры антракоидной палочки при дезинфекции вещей из очагов инфекций, вызванных спорообразующими микробами.

О качестве дезинфекции изделий медицинского назначения судят по отсутствию после обработки золотистого стафилококка (S aureus), синегнойной палочки (P. aeruginosa) и бактерий группы кишечной палочки (БГКП). Для этого методом смывов исследуют 1% (не менее 3-5 единиц) одновременно обработанных изделий одного наименования. По 0,1 мл смывов, взятых марлевыми салфетками (5×5 см), наносят на поверхность желточно-солевого, кровяного агаров и среды Эндо и инкубируют засеянные чашки при 37°С. Дезинфекцию считают эффективной, если через 48 ч на чашках не вырастают колонии указанных микроорганизмов.

Дезинфекция, предстерилизационная очистка и стерилизация изделий медицинского назначения являются важнейшим комплексом мер, препятствующих возникновению и распространению внутрибольничных инфекций среди больных и персонала.

Предстерилизационную очистку изделий осуществляют ручным или механизированным (с применением ультразвука) методом после их дезинфекции и последующего отмывания остатков дезинфектантов питьевой водой. Если средство одновременно обладает моющим и антимикробным действием, допускается совмещение в одном процессе дезинфекции и предстерилизационной очистки. Для очистки используют различные химические вещества, кипячение, замачивание, ершевание, тампоны, салфетки, струйный метод. Разъемные изделия очищают в разобранном виде, тщательно очищают каналы и полости изделий. После очистки изделия ополаскивают и высушивают. Режимы очистки и высушивания определяются видом изделия и характером загрязнения.

Качество оценивают путем постановки амидопиридиновой (азопирамовой) пробы на остаточные количества крови и фенолфталеиновой пробы на остатки щелочных компонентов моющих средств. При положительном результате той или иной пробы всю группу изделий подвергают повторной очистке до получения отрицательного результата.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Стерилизация высокой температурой является одним из наиболее надежных и распространенных методов сте­рилизации (табл. 10). Она проводится прокаливанием предметов в пламени горелки, сухим жаром, паром под давлением и текучим паром.

Прокаливанием в пламени горелки в течение 5-7 секунд стерилизуют бактериаль­ные петли, пинцеты, предметные стекла и некоторые мел­кие инструменты (иглы, крючки, лопаточки). Температу­ра пламени горелки достигает 900°С. При прокаливании происходит сгорание микроорганизмов и их спор.

Стерилизацию сухим жаром осуществляют в сухожаровых шкафах (печь Пастера). Метод основан на бактерицидном действии нагретого до 165-180°С воздуха. Сухим жаром стерилизуют изделия из стекла, металлов, фарфора и резин на основе силиконового каучука, лабораторную посуду. Кроме того, сухим жаром можно стерилизовать термостойкие порошкообразные лекарственные средства (тальк, белая глина, окись цинка и др.), минеральные и растительные масла, жиры, ланолин, вазелин, воск. Режимы стерилизации: при температуре 160°С — 2,5 ч, при 180°С — 60 мин, при 200°С – 15 мин. Началом стерилизации считается тот момент, когда тем­пература в печи достигнет нужной высоты.

Стерилизация паром не требует такой высокой температуры, как стерилизация сухим жаром, т.к. пар из-за большой теплопроводности действует на микробы эффективнее. Обеспложивание паром проводится при температуре 100-130°С. Существуют два способа стерилизации паром: стерилизация насыщенным паром под давлением и стерилизация текучим паром.

Таблица 10. Методы тепловой стерилизации

* приведены некоторые из возможных режимов — стерилизующим фактором является не давление, а температура пара; *** дробно стерилизуют объекты, которые могут быть питательным субстратом для микробов (в промежутках между воздействиями объект оставляют в термостате при 37°С или комнатной температуре для прорастания спор). Образовавшиеся вегетативные формы микроорганизмов убивают при последующем прогревании.

Стерилизация паром под давлением — наиболее на­дежный и часто применяемый способ. Он основан на на­гревании материала насыщенным водяным паром при давлении выше атмосферного в специальных приборах-стерилизаторах водопаровых (автоклавах). Совместное действие высокой температуры и пара обеспечивает вы­сокую эффективность данного способа. При однократной обработке при 1-2 атм. в течение 15-25 мин. как вегетативные, так и споровые формы бактерий погибают. Этим методом стерилизуют перевязочный материал, операци­онное белье, хирургические инструменты, лабораторную посуду, инфи­цированный материал, инъекционные растворы и питательные среды. Материал помещают в емкости (биксы). На дно бикса помещают прокладки из ткани, впитываю­щие влагу после стерилизации. Стерильность материала сохраняется 3 суток. Обычно стерилизуют при давлении до 1 избыточной атмосферы, что соответствует температуре 119-120°С. Таким способом в течение 15-20 минут стерилизуют: 1) перевязочные и операционные материалы и зараженную посуду; 2) приборы с резиновыми деталями; 3) питательные среды, не содержащие нативного белка и углеводов. Некоторые питательные среды (сахара), а также раст­воры для инъекций, глазные капли, дистиллированную воду и воду для инъекций стерилизуют при 0,5-0,7 атм., что соответствует 112-115°С.

Стерилизация достигается только при полной исправности автоклава и правильной его эксплуатации специально обученным персоналом. Поэтому необходим постоянный контроль за режимом стерилизации, который производится физическим (термометр максимальный и др.), биологическим (биотест со спорами тест-культур микроорганизмов) и химическим (химические тесты, индикаторы типа ИС) способами.

Стерилизацию текучим паром применяют в тех слу­чаях, когда стерилизуемый материал изменяет свои свойства при температуре выше 100°С. Таким способом стерилизуют растворы, содержащие углеводы, витамины, молоко и др. Используют автоклав с незакрепленной крышкой и открытым паровыпускным краном или спе­циальный аппарат Коха. Стерилизацию проводят в течение 30-40 минут с момента выделения пара. Однократная стерилизация текучим паром не обеспечивает полного обеспложивания, т.к. при температуре 100°С погибают только вегетативные формы микробов, споры сохраняют жизнеспособность.

Полное обеспло живание достигается лишь при повторных стерилизациях. Поэтому этот метод стерилизации называется дробной стерилизацией. Суть этого ме­тода заключается в том, что после первой стерилизации материал остав­ляют при комнатной температуре, давая оставшимся спорам прорасти в вегетативные формы, на следующий день стерилизацию при 100°С повто­ряют. Оставшимся в меньшем числе спорам опять дают прорасти, оставляя при комнатной температуре, и через сутки снова стерилизуют при 100°C. После третьей стерилизации при 100°С материал полностью освобожден от бактерий и спор. Таким образом, стерилизация текучим паром проводится в аппарате Коха или автоклаве при 100 °С 3 дня подряд по 30 минут.

Тиндализация — вид дробной стерилизации который применяют к объектам, содержащим вещества, разла­гающиеся и денатурирующиеся при 100°С (сыворотка крови, витамины, некоторые глазные капли, питательные среды). При этом нагревают стерилизуемый объект на водяных ба­нях с терморегулятором температуре 60—65°С в те­чение 1 часа 5-6 дней подряд. Недостаток дробной стерилизации — возможность образования спор вегетативными клетками, образовавшимися из пророс­ших спор.Поэтому в промежутках между прогреваниями обрабатывае­мый материал выдерживают при температуре 37°С для прорастания спор в вегетативные формы, которые погибают при последующих прогрева­ниях.

Помимо указанных имеются и другие методы тепловой стерилизации. Например, в стоматологической практике получила распространение стерилизация в среде горячих стеклянных шариков в гласс-перленовом стерилизаторе при температуре до 250°С (так стерилизуют зубные боры, рабочие части зондов, гладилок и другие стоматологические инструменты).

Стерилизация облучением.Лучевую стерилизацию используют в различных от­раслях медицинской и микробиологической промышлен­ности для стерилизации материалов, не выдерживаю­щих термических или химических способов обработки (некоторые лекарственные средства, в том числе анти­биотики и гормоны, биологические ткани, изделия из пластмасс одноразового пользования, например систем для переливания крови, шприцев и т. п.). Выбор дозы облучения зависит от стерилизуемого объекта и его ини­циальной контаминации. При выборе дозы стерилизации не­обходимо руководствоваться двумя требованиями: во-первых, облучение должно оказывать на микроорганиз­мы бактерицидное действие; во-вторых, стерилизация не должна изменять качества обрабатываемых объектов. Необходим контроль остаточной радиации изделий. Ос­новные преимущества лучевой стерилизации: возмож­ность обработки термолабильных материалов, стерили­зации объектов в упакованном виде, включения стери­лизации в непрерывный производственный процесс.

Солнечный свет, осо­бенно его ультрафиолетовый и инфракрасный спектры, губительно действуют на вегетативные формы микробов в течение нескольких минут.

Стерилизация ультрафиолетовыми лучами. Этот вид стерилизации проводится с помощью любого источника ультрафиолетовых лучей, чаще всего используют бактерицидные лампы. Эти лампы представляют собой ртутно-кварцевые газоразрядные светильники из фиолетового стекла. Ультрафиолетовые лучи оказывают на микробы бактерицидное действие. Лампы ультрафиолетового излучения (БУВ-15, БУВ-30) широко используют для обеззаражи­вания воздуха и поверхностей различных помещениях лечебных учреждений, ап­тек, бактериологических боксов и лабораторий. Повреждающее действие УФ излучения вызвано повреждением ДНК микробных клеток, приводящим к мутациям и гибели. УФ-лучи можно использовать для стерилизации прозрачных растворов термолабильных веществ (некоторых белков, витаминов, антибиотиков), помещенных в сосуды из кварцевого стекла и налитых тонким слоем.

Стерилизация инфракрасными лучами. Этот метод стерилизации осно­ван на способности инфракрасных лучей, при поглощении веществом, нагревать это вещество. Инфракрасные лучи не обладают специфическим дей­ствием на микроорганизмы, последние погибают не от лучей, а от воздействия высокой температуры 300°С в течение 30 мин. Инфракрасные лучи оказывают воздействие на свободно-радикальные процессы, в результате чего нарушаются химические связи в молекулах микробной клетки. Этот метод используют для стерилизации ряда хирургичес­ких инструментов. Для этого выпускают специальные инфракрасные печи с глубоким вакуумом.

Ионизирующая радиация обладает мощным проникающим и повреж­дающим клеточный геном микробов действием. Для стерилизации инст­рументов одноразового использования (игл, шприцев) используют гам­ма-излучение, источником которого являются радиоактивные изотопы ⁶°Со и ¹³⁷Cs в дозе 1,5-2,5 Мрад, получаемые в специальных гамма-установках. Для получения электронного излучения при­меняют ускорители электронов (с высоким уровнем энергии — 5-10 MeV). Гибель микробов под действием гамма-лу­чей и ускоренных электронов происходит прежде всего в результате повреждения нук­леиновых кислот. Причем микробы более ус­тойчивы к облучению, чем многоклеточные организмы.

Стерилизация ультразвуком. Этим методом стерилизуют также системы переливания крови и шовный материал. Действие ультразвука в опреде­ленных частотах на микроорганизмы вызывает деполимеризацию органелл клетки, денатурацию входящих в их состав молекул в результате локального нагревания или повышения давления. Стерилизация объек­тов ультразвуком осуществляется на промышленных предприятиях, так как источником УЗ являются мощные генераторы. Стерилизации подвер­гаются жидкие среды, в которых убиваются не только вегетативные фор­мы, но и споры.

Стерилизация фильтрованием — освобождение мате­риала, который не может быть подвергнут нагреванию (растворы белков, сыворотки, некоторые ви­тамины, летучие вещества, ряд лекарств) от находящихся в нем бактерий, а также для отделения бактерий от вирусов, фагов и экзоток­синов. Для фильтрации используют специальные фильтры, задерживающие микробные клет­ки как механически, так и путем адсорбции клеток на фильтрующем материале. Для изготовления фильтров применяют мелкопористые материалы (каолин, нитроцеллюлоза (мембранные фильтры), асбес­товые пластинки (фильтр Зейтца) и др.), спо­собные задерживать бактерий. Наиболее широко используют два типа фильтров: мембранные ультрафильтры и фильтры Зейтца. Для ускорения процесса фильтрации обычно создают повышенное давление в емкости с фильтруемой жидкостью или пониженное давление в емкости с фильтратом. Фильтрование происходит под повышен­ным давлением, жидкость нагнетается через поры фильтра в приемник или создается разрежение воздуха в приемнике и жидкость всасывается в него через фильтр. К фильтрующему прибору присоединяется нагнетаю­щий или разрежающий насос. В результате образующей разности давлений фильтруемая жидкость проходит через поры фильтра в приёмник. Микроорганизмы остаются на поверхности фильтра.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

1. Для идентификации выделенной культуры по комплексу биологических свойств изучается:

· морфология и тинкториальные свойства

· культуральные свойства (характер роста на питательных средах)

· биохимические свойства (ферментативная активность микроорганизмов)

· серологические свойства (антигенные)

· вирулентные свойства (способность к продукции факторов патогенности: токсины, ферменты, факторы защиты и аггресии)

· патогенность для животных

· фаголизабельность (чувствительность к диагностическим бактериофагам)

· чувствительность к антибиотикам

· другие индивидуальные свойства

IV этап (Заключение)

По изученным свойствам делают заключение о виде выделенной культуры

Первый этап исследований.Исследование патологического материала начинается с микроскопии. Микроскопия окрашенного нативного материала позволяет установить ориентировочно состав микробного пейзажа изучаемого объекта, некоторые морфологические особенности микроорганизмов. Результаты микроскопии нативного материала, во многом определяют ход дальнейшего исследования, впоследствии их сопоставляют с данными, полученными при посевах на питательные среды.

При достаточном содержании патогенных микроорганизмов в образце проводят посев на плотные питательные среды (для получения изолированных колоний). Если в исследуемом материале бактерий мало, то посев проводят на жидкие питательные среды обогащения. Питательные среды выбирают соответственно требовательности микроорганизмов.

Культивирование микроорганизмов возможно только при создании оптимальных условий их жизнедеятельности и соблюдении правил, исключающих контаминацию (случайное загрязнение посторонними микробами) исследуемого материала. Искусственные условия, которые исключили бы загрязнение культуры другими видами, можно создать в пробирке, колбе или чашке Петри. Вся посуда и питательные среды должны быть стерильными и после посева микробного материала защищены от загрязнения извне, что достигается с помощью пробок или металлических колпачков и крышек. Манипуляции с исследуемым материалом должны проводиться в зоне пламени спиртовки для исключения контаминации материала из внешней среды, а также в целях соблюдения техники безопасности.

Посевы материала на питательные среды должны быть сделаны не позднее 2 часов с момента их забора.

Второй этап исследований.Изучение колоний и выделение чистых культур. Через сутки инкубации на чашках вырастают колонии, причем на первом штрихе рост сплошной, на последующих – изолированными колониями. Колония – это скопление микробов одного вида, выросших из одной микробной клетки. Так как материал представляет собой чаще всего смесь микробов, то вырас­тает несколько видов колоний. Карандашом маркируют разные колонии, очерчивая их кружком со стороны дна, и изучают культуральные свойства (табл. 11). Прежде всего, изу­чают колонии невооруженным глазом: макроскопические признаки. Чашку просматривают (не открывая ее) со стороны дна в проходящем свете, отмечают прозрачность колоний (прозрачная, если не задерживает свет; полупрозрачная, если частично задерживает свет; непрозрачная, если свет через колонию не проходит), измеряют (в мм) размер колоний. Затем изучают колонии со стороны крышки, отмечают форму (правильная круглая, неправильная, плоская, выпуклая), характер поверхности (гладкая, блестящая, тусклая, шероховатая, морщинистая, влажная, сухая, слизистая), цвет (бесцветная, окрашенная).

Таблица 11. Схема изучения колоний

Примечание: 5-7 пункты изучаются при малом увеличении микроскопа (обх8).

Еще лучше можно увидеть различия колоний при рассмотрении их с увеличением. Для этого закрытую чашку дном кверху помещают на предметный столик, слегка опускают конденсор, используют неболь­шое увеличение объектива (х8), передвигая чашку, изучают у колоний микроскопические признаки: характер края (ровные, волнистые, зазубренные, фестончатые), структуру (гомогенная, зернистая, волокнистая, однородная, или различающаяся в центре и по периферии).

Далее изучают морфологию микробных клеток из колоний. Для это­го из части каждой из отмеченных колоний делают мазки, окрашивают по Граму. Во время взятия колоний обращают внимание на консистенцию (сухая, если колония крошится и берется с трудом; мягкая, если берется легко на петлю; слизистая, если колония тянется за петлей; твердая, если часть колонии не берется петлей, можно снять только всю колонию).

При просмотре мазков устанавливают, что колония представлена одним видом микроба, следовательно, могут быть выделены чистые куль­туры бактерий. Для этого из изученных колоний делают пересев на скошенный агар. При пересеве из колоний нужно тщательно следить, чтобы взять именно намеченные колонии, не задевая петлей близлежащих колоний. Пробирки подписывают и инкубируют в термостате при температуре 37°С в течение 24 часов.

Третий этап исследований.Идентификация выделенной культуры. Идентификация микробов – определение систематического поло­жения выделенной из материала культуры до вида и варианта. Первым условием надежности идентификации является безусловная чистота культуры. Для идентификации микробов используют комплекс признаков: морфологические (форма, размеры, наличие жгутиков, капсулы, спор, взаим­ного расположения в мазке), тинкториальные (отношение к окраске по Граму или другим методам), химические (соотношение гуанина цитозина вмолекуле ДНК), культуральные (питательные потребности, условия куль­тивирования, темп и характер роста на различных питательных средах), ферментативные (расщепление различных веществ с образованием про­межуточных и конечных продуктов), серологические (антигенная структура, специфичность), биологические (вирулентность для животных, токсигенность, аллергенность, влияние антибиотиков и др.).

Для биохимической дифференциации изучают способность бактерий сбраживать углеводы с образованием промежуточных иконечных продуктов, способность разлагать белки и пептоны и изучают окислительно-восстановительные ферменты.

Для изучения сахаролитических ферментов выделенные культуры засевают в пробирки с полужидкими средами, содержащими лактозу, глюкозу и другие углеводы и многоатомные спирты. На полужидкие среды посев делают уколом в глубину среды. При посеве уколом пробирку со средой держат под наклоном, вынимают проб­ку, обжигают край пробирки. Материал забирают стерильной петлей и прокалывают ею столбик питательной среды почти до дна.

Для определения протеолитических ферментов выделенную культуру засевают на пептонную воду или МПБ. Для этого в руку берут про­бирку с посевом ближе к себе, а пробирку со средой — дальше от себя. Обе пробирки открывают одномоментно, захватив их пробки мизинцем и краем ладони, обжигают края пробирок, прокаленной охлажденной петлей захватывают немного культуры и переносят во вторую пробирку, растирают в жидкой среде на стенке пробирки и смывают ее средой.

При посевах и пересевах внимание должно быть обращено на соблюдение правил стерильности, для того, чтобы не загрязнять свои посевы посторонней микрофлорой, а также не загрязнять окружающую среду. Пробирки маркируют и помещают в термостат для инкубирования при температуре 37°С на сутки.

Заключение

Учет результатов. Заключение по исследованию. Учитывают результаты идентификации и по совокупности полученных данных, опираясь на классификацию и характеристику типовых штаммов, описанных в руководстве (определитель Берджи, 2001г.), определяют вид выделенных культур.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Важным условием, которое необходимо соблюдать на всех этапах выделения и идентификации анаэробов, является защита этих микробов от токсического действия молекулярного кислорода. Время между взятием материала и его посевом на питательные среды должно быть максимально коротким.

Анаэробные бактерии можно культивировать только на специальных бескислородных средах с низким окислительно-восстановительным потенциалом (10 – 150мВ). Для контроля за степенью насыщения этих сред кислородом используют специальные редокс – индикаторы (метиленовый синий, резазурин), восстановленные формы которых бесцветны. При возрастании окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) метиленовый синий окрашивает среды в синий, а резазурин – в розовый цвет, что указывает на непригодность таких сред для культивирования облигатных анаэробов. Для сохранения низкого ОВП питательные среды должны быть агаризированы. Добавление даже 0,05% агара повышает их вязкость и уменьшает аэрацию.

Анаэробный тип энергетического метаболизма во много раз менее продуктивный, чем аэробный, поэтому питательные среды для анаэробов должны быть богаче питательными субстратами и витаминами. В практических лабораториях для выделения анаэробов из патологического материала чаще всего используют среду для контроля стерильности крови (СКС), среду Китта-Тароцци, анаэробный кровяной агар (на основе эритрит-агара или агара Д), среду Вильсона – Блера, среду Шедлера и др. Эти свежеприготовленные питательные среды должны быть использованы для посева в течение 2-х часов.

Методы создания анаэробных условий. Создание анаэробных условий достигается с помощью физических, химических, биологических и смешанных методов.

Физические методы. Основаны на выращивании микроорганизмов в безвоздушной среде, что достигается:

1. посевом в среды, содержащие редуцирующие и легко окисляемые вещества; В качестве редуцирующих веществ обычно используют кусочки (око­ло 0,5 г) животных тканей (печень, мозг, почки, селе­зенка, кровь). Эти ткани связывают растворенный в сре­де кислород и адсорбируют бактерии. Чтобы уменьшить содержание кис­лорода в питательной среде, ее перед посевом кипятят 10-15 мин, а затем быстро охлаждают и заливают сверху небольшим количеством сте­рильного вазелинового масла. В качестве легко окисляемых веществ ис­пользуют глюкозу, лактозу и муравьинокислый натрий. Лучшей жидкой питательной средой с редуцирующими веществами является среда Китта-Тароцци, которая используется для накопления ана­эробов при первичном посеве из исследуемого материала и для поддер­жания роста выделенной чистой культуры анаэробов.

2. посевом микроорганизмов в глубину плотных питательных сред. Посев микроорганизмов в глубину плотных сред производят по мето­дам Вейнберга и Виньяль-Вейона.

3. механическим удалением воздуха из сосудов, в которых выращи­ваются анаэробные микроорганизмы. Удаление воздуха производят путем его механического откачивания их специальных приборов — анаэростатов, в которые помещают чашку с посевом анаэробов. Переносной анаэростат представляет собой толсто­стенный металлический или пластиковый цилиндр с хорошо притертой крышкой (с резино­вой прокладкой), снабженный отводящим краном и вакуумметром. Пос­ле размещения засеянных чашек или пробирок воздух из анаэростата удаляют с помощью вакуумного насоса.

4. заменой воздуха в сосуде каким-либо индифферентным газом. Замену воздуха индифферентным газом (азотом, водородом, аргоном, С0₂) можно производить в анаэростатах путем вытеснения его газом из баллона.

Приборы и среды для культивирования анаэробов:

Микроанаэростат – используется для создания вакуума с дозированным содержанием кислорода. Прибор представляет собой герметически закрывающийся сосуд, снабженный манометром, в который помещают посевы и откачивают воздух. Микроанаэростат помещают в термостат.

Эксикатор – стеклянный лабораторный сосуд с притертой крышкой. В его донной части имеется дополнительная емкость, куда наливается смесь пирогаллола и едкого натра или гидросульфита натрия и двууглекислой соды. На сетку-подставку помещают посевы и притирают крышку с помощью вазелина. Эксикатор помещают в термостат.

Газ-пак (Generbag anaer). Для создания анаэробных условий используются газогенератор­ные пакеты с реагентами — GasPak, GasPak Plus (газогенераторный пакет с палладиевым катализатором) и другие.

Винтовой зажим с герметичной прокладкой

Катализатор

Газогенераторный пакет

Чашки Петри

Рис. 9. Газогенераторные пакеты

Система Generbag anaer состоит из воздухонепроницаемых емкостей, изготовленных из прозрачной пластмассы и генераторов, содержащих смесь веществ, поглощающих кислород (рис. 9). При применении GasPak Plus необходимо увлажнить таблетку боргидрида натрия, при этом выделяется водород и в присутствии палладиевого катализатора он соединяется с кислородом с образованием СО₂. Последовательность работы: вынуть генератор из пакета, поместить в нижнюю часть воздухонепроницаемого пакета (анаэростата), затем поместить чашки (или пробирки) с посевами и закрыть пакет (анаэростат). Инкубация при 37°С.

Анаэробный бокс – прозрачная плексиглассовая камера со шлюзом, отверстиями для рук с рукавами, заканчивающимися резиновыми перчатками. В нем создаются стерильные условия, его заполняют газовой смесью и поддерживают температуру 37°С.

Среда Китта-Тароцци. Содержит мясо-пептонный бульон (МПБ), 0,5% глюкозы и 0,15% агара. На дно пробирки для адсорбции О₂ помещают кусочки вареной печени или фарша слоем 1-1,5 см и заливают 6-7 мл среды. Среду перед посевом регенерируют (прогревают 15-20 мин на водяной бане для удаления воздуха, а затем быстро охлаждают). После посева среду заливают вазелиновым маслом и помещают в термостат.

Полужидкий сахарный агар (высокий столбик). В пробирку с 6-7 мл расплавленного и охлажденного до 45⁰ полужидкого питательного агара, содержащего 0,5-1% глюкозы, вносят исследуемый материал и перемешивают. Посевы помещают в термостат.

Химические методы. Основаны на поглощении кислорода воздуха в герметически закрытом сосуде (анаэростате, эксикаторе) такими веще­ствами, как пирогаллол или гидросульфит натрия.

1. Применение щелочных растворов пирогаллола для поглощения кислорода в замкнутой воздушной среде.

2. Можно применять гидросульфит натрия. Для связывания кислорода в 1 л объема берут 100 мл свежеприготовленного 20% раствора Na₂S₂0₄и 16 мл 50% КОН.

3. Использование веществ — редуцентов, к которым относятся тиогликолевая кислота или тиогликолат натрия (0,01-0,02%), аскорбиновая кислота (0,1%), различные сахара (0,1-3%), цистин и цистеин (0,03-0,05%), муравьинокислый натрий (0,25-0,75%) и др.

Применение газогенерирующих систем для создания анаэробных условий в замкнутой воздушной среде (микроанаэростатах, эксикаторах, прозрачных газонепроницаемых пластиковых пакетах). Для образования водорода и двуокиси углерода, необходимых для роста облигатных анаэробов, используют специальные таблетки, которые активируются добавлением воды. Водород, генерируемый таблетками боргидрида натрия, связывает кислород воздуха в присутствии палладиевого катализатора с образованием СО₂. Углекислый газ вырабатывается при взаимодействии лимонной кислоты с бикарбонатом натрия.

Биологические методы

1.Совместное выращивание анаэробов и аэробов (метод Фортнера). При этом на одну половину чашки Петри с плотной питательной средой засевают исследуемый материал, а на другую — культуру аэробного микроорганизма, способного энергично поглощать кислород. После посева чашку закрывают крышкой, края которой для герметизации заливают парафином или заклеивают пластилином. В качестве активного поглотителя кислорода из замкнутого пространства часто используют культуру “чудесной палочки” (Serratia marcescens), которая является своеобразным индикатором качества анаэробиоза. При недостаточной герметизации чашки этот микроорганизм образует ярко-красный пигмент, а при сохранении строго анаэробных условий вырастают бесцветные или бледно-розовые колонии.

2. Помещение в питательную среду кусочков печени, головного мозга, почек и других внутренних органов. При этом тканевые клетки активно поглощают и адсорбируют на себе кислород, в результате чего в среде создаются анаэробные условия. Примером питательной среды, сконструированной по этому принципу, является содержащая кусочки печени среда Китта – Тароцци. К тому же в печеночной ткани содержится большое количество веществ с SH-группой (цистеин, глютатион и др.), обладающих сильным редуцирующим действием.

3. Культуры некоторых облигатных анаэробов можно поддерживать путем пассажа на лабораторных животных, однако в настоящее время этот метод используется достаточно редко.

Комбинированные методы основаны на сочетании физических, хи­мических и биологических методов создания анаэробиоза, и используются в большинстве практических лабораторий. Для работы с наиболее чувствительными к молекулярному кислороду анаэробами используют строгую анаэробную технику (метод Хангейта). Принцип метода заключается в использовании лишенных кислорода питательных сред, воздух над которыми удаляется и замещается бескислородным газом.

Занятие № 2

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Базовый текст

1. Метаболизм микроорганизмов

Физиология микробов — раздел микробиологии, изучающий процессы жизнедеятельности: питание, дыхание, обмен веществ, движение, рост, размножение и взаимодействие микробов с окружающей средой.

Для роста и размножения микроорганизмы нуждаются в веществах, используемых для построения структурных компонентов клетки и получения энергии.

Метаболизм (т.е. обмен веществ и энергии) — совокупность реакций жизнеобеспечения, происходящих в микробной клетке при участии биологических катализаторов — ферментов. Ферменты — высокоактивные биологические молекулы, способные к многократному взаимодействию с определенным субстратом. Питательные вещества, поступающие в клетку и участвующие в реакциях метаболизма, называются субстратом и являются точкой приложения или объектом действия ферментов. Субстраты, в результате последовательных ферментативных реакций, расщепляются и образуются метаболиты — промежуточные или конечные продукты метаболизма.

Метаболизм включает два взаимосвязанных процесса: катаболизм, или энергетический метаболизм и анаболизм, или конструктивный метаболизм.

Катаболизм связан с окислительно-восстановительными реакциями. В процессе катаболизма (энергетического обмена) происходит расщепление крупных молекул до более простых соединений, при этом рвутся химические связи и освободившаяся энергия этих связей идет на процессы жизнедеятельности или запасается в клетке в виде фосфосодержащих органических соединений (АТФ, УДФ, волютин и т.п.). Питательные вещества могут поступать в клетку в растворимом виде (это характерно для прокариот) — осмотрофы, или в виде отдельных частиц — фаготрофы.

Анаболизм (конструктивный обмен) включает реакции, обеспечивающие синтез макромолекул органических соединений, из которых строится тело микробной клетки, и протекает с поглощением энергии.

Взаимосвязь катаболизма и анаболизма проявляется еще и в том, что на определенных этапах метаболизма образуются промежуточные продукты, которые могут быть использованы в обоих процессах. Эта часть метаболизма называется амфиболизмом. а промежуточные продукты — амфиболиты.

Особенности метаболизма у бактерий состоят в том, что:

• его интенсивность имеет достаточно высокий уровень, что воз­можно обусловлено гораздо большим соотношением поверхно­сти к единице массы, чем у многоклеточных;

• процессы диссимиляции преобладают над процессами ассимиляции;

• субстратный спектр потребляемых бактериями веществ очень широк — от углекислого газа, азота, нитритов, нитратов до ор­ганических соединений, включая антропогенные вещества — загрязнители окружающей среды (обеспечивая тем самым про­цессы ее самоочищения);

• бактерии имеют очень широкий набор различных ферментов — это также способствует высокой интенсивности метаболиче­ских процессов и широте субстратного спектра.

2. Ферментные системы микроорганизмов

В основе метаболических реакций, протекающих в клетке, лежит деятельность ферментов – самого крупного и высокоспециализированного класса белков. Микроорганизмы синтезируют самые разнообразные ферменты, которые относятся к шести известным классам: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лигазы, лиазы, изомеразы (табл. 12). Их значение в жизнедеятельности клетки:

· Гидролазы – гидролитический катализ белков, жиров и углеводов

· Оксидоредуктазы – участие в окислительно-восстановительных процессах

· Трансферазы – перенос определенных радикалов

· Лиазы – участие в соединении двух молекул

· Изомеразы – участие в изомеризации органических соединений

· Лигазы – участие в реакциях присоединения и отрыва групп

Таблица 12. Классы ферментов

Ферментный состав любого микроорганизма определяется его геномом и является достаточно постоянным признаком. Многие ферменты связаны со структурными компонентами микробной клетки и определяют интенсивность процессов биосинтеза, идущего в них. Так, например, в ЦПМ находятся окислительно-восстановительные ферменты, участвующие в дыхании. В клеточной стенке идет синтез ферментов, связанных с делением клетки и ее аутолизом. Основная часть ферментов локализована в цитоплазме. Ферменты продуцируются самой микробной клеткой и по месту, выполняемой им функции разделяются на экзоферменты и эндоферменты.

Экзоферменты — ферменты бактерий, выделяемые во внешнюю среду и действующие на субстрат вне клетки (протеазы, поли­сахаридазы, олигосахаридазы). Экзоферменты играют большую роль в обеспечении бактериальной клетки доступными для проникновения внутрь ис­точниками углерода и энергии. Большинство гидролаз является экзоферментами, которые, выделяясь в окружающую среду, расщепля­ют крупные молекулы пептидов, полисаха­ридов, липидов до мономеров и димеров, способных проникнуть внутрь клетки. Ряд экзоферментов, например гиалуронидаза, коллагеназа и другие, являются ферментами агрессии. Некоторые ферменты локализо­ваны в периплазматическом пространстве бактериальной клетки. Они участвуют в про­цессах переноса веществ в бактериальную клетку. Ферментативный спектр является таксономическим признаком, характерным для семейства, рода и — в некоторых слу­чаях — для видов. Поэтому определением спектра ферментативной активности поль­зуются при установлении таксономического положения бактерий. Наличие экзофермен­тов можно определить при помощи диффе­ренциально-диагностических сред, поэтому для идентификации бактерий разработаны специальные тест-системы, состоящие из набора дифференциально-диагностических сред.

Эндоферменты — ферменты бактерий, действующие на субстра­ты внутри клетки (расщепляющие аминокислоты, моносахара и др.).

По назначению экзоферменты следует разделить на следующие группы:

· Ферменты, обеспечивающие выполнение своих физиологических процессов, связанных с ростом и размножением микробной культуры.

· Ферменты, обеспечивающие микробной клетке защитные свойства. Например, ферменты, инактивирующие антибиотики.

· Ферменты патогенности. Эта группа ферментов продуцируется, как правило, патогенными микроорганизмами. Выделяют ферменты, обеспечивающие микробной клетке защиту от неспецифических факторов защиты макроорганизма (ферменты инвазии — нейраминидаза, гиалуронидаза, коллагеназа), а также ферменты, активизирующие работу биологически активных соединений клеток макроорганизма и приводящие ее к гибели. Это ферменты агрессии (эксфолиатины способны модифицировать гормоны или протеазы, разрушающие структуры клеток инфицированного организма и т.д.).

Синтез ферментов генетически детерминирован, но регуляция их синтеза идет за счет прямой и обратной связи, т. е. для одних — репрессируется, а для других — индуцируется субстратом.

Ферменты разделяют на конститутивные (фермен­ты гликолиза) – это группа ферментов, синтез которых не зависит от нали­чия субстрата в среде, он имеет место всегда, и эти ферменты всегда со­держатся в микробных клетках в определенных концентрациях.

Ферменты, синтез которых зависит от наличия соответствую­щего субстрата в среде (бета-галактозидаза, бета-лактамаза), называются индуцибельными или адаптивными (ферменты, которые бактерии продуцируют в определенных условиях.В отсутствии субстрата они находятся в клетках в следовых концентрациях.

Одной из особенностей ферментов микроорганизмов является преобладание адаптивных ферментов над конститутивными, что связано как с малым объемом цитоплазмы, так и с их ролью главного механизма адаптации к меняющимся условиям внешней среды. Индуцибельные ферменты синтезируются микробной клеткой только в ответ на наличие в среде определенного субстрата.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Процесс, в ходе которого бактериальная клетка получает из ок­ружающей среды компоненты, необходимые для построения ее биополимеров (органоидов), называется питанием.

По химическому составу и характеру биополимеров (белки, по­лисахариды, нуклеиновые кислоты, липиды) прокариотические клетки не отличаются от эукариотических. Бактериальные клетки не имеют специальных органов питания, т. е. являются голофитными.

Основными химическими компонентами бактериальной клетки являются органогены — углерод, азот, водород, кислород.

Источники углеродов: в настоящее время все бактерии, в зависимости от способности усваивать различные формы углеродосодержащих соединений, подразделяются по типу питания на две группы:

Автотрофы (autos — сам, trophe — питание) способны строить сложные соединения углерода из С0₂ и Н₂0. К ним относятся нитрифицирующие бактерии, железобактерии и др. Для роста автотрофных бактерий потреб­ности в питательных веществах довольно просты: вода, двуокись угле­рода и соответствующие неорганические соли.

Гетеротрофы (heteros — другой) нуждаются в готовых органических соединениях. Они подразделяются на сапрофиты (sapros — гнилой, phyton -растение) и паразиты (parasitos — нахлебник). Гетеротрофные бактерии получают энергию в результате окисления восстановленных углеродных (органических) соединений. Некоторые из них, такие как E.coli,способны к росту на простой среде, содержащей только глюкозу и неорганические соли. Другие, например молочнокислые бактерии, — растут на сложных средах, содержащих в качестве добавок ряд органических соединений (витамины, аминокислоты и др.), которые клетки не в состоянии синтезиро­вать самостоятельно. Такие соединения называются факторами роста.

Сапрофиты используют готовые органические соединения, но они независимы от других организмов. К ним относят микробов, вызывающих процессы гниения и брожения.

Паразиты — это микробы, зависимые в получении питательных веществ от макроорганизма. Различают облигатные паразиты и факультативные. Облигатные паразиты способны размножаться только в живой клетке, они не растут на питательньгх средах. К ним относятся риккетсии, хламидии и вирусы.

Источники азота. Для синтеза азотсодержащих соединений (аминокислот, пуринов, пиримидинов, витаминов) микробам нужен азот. Одни способны усваивать молекулярный азот из воздуха или неорганический азот из солей аммония, нитратов или нитритов, другие используют органические азотсодержащие соединения.

1. азотфиксирующие микроорганизмы — способны усваивать моле­кулярный азот атмосферы;

2. микроорганизмы, ассимилирующие неорганический азот из солей аммония — аммонифицирующие;

3. микроорганизмы, ассимилирующие неорганический азот из нитратов — нитратредуцирующие;

4. микроорганизмы, ассимилирующие неорганический азот из нитритов — нитритредуцирующие.

Однако большинство патогенных для человека микроорганиз­мов способны ассимилировать только азот органических соеди­нений. Микроорганизмы, способные синтезировать все необходимые им органические соединения из глюкозы и солей аммония (углеводы, аминокислоты и др.) и не нуждающиеся в факторах роста называются прототрофами.

Микроорганизмы, неспособные синтезировать какое-либо из необ­ходимых соединений и ассимилирующие их в готовом виде из ок­ружающей среды или организма хозяина (человека, животного), называются ауксотрофамипо этому соединению.Это микроорганизмы, которые нуждаются в готовых факторах роста (аминокислотах, витаминах, пуриновых и пиримидиновых основаниях). Чаще всего ими являются патогенные или условно-патогенные для чело­века микроорганизмы.

Кроме углерода, азота, водорода и кислорода, для биосинтетических реакций микробам необходимы соединения, содержащие серу (она входит в состав коэнзимов), фосфор (фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, АТФ, флавинов), минеральные соли: К, Mg, Са, Сu, Мо, необходимые для действия ферментов, факторы роста.

Следует учитывать и то, что в природе встречаются бактерии, которые способны размножаться в местах с низким пищевым потоком углерода — до 0,1 мг/л в день, они получили название олиготрорфных, противоположную группу для них составляют бактерии копнотрофные, способные к росту на богатых пи­щевых субстратах.

Механизмы питания бактерий

Основным регулятором поступления веществ в бактериальную клетку является цитоплазматическая мембрана. Существует два типа переноса веществ в бак­териальную клетку: пассивный и активный.

При пассивном переносе вещество прони­кает в клетку только по градиенту концентра­ции. Затрат энергии при этом не происходит. Различают две разновидности пассивного пе­реноса: простую диффузию и облегченную диффузию (табл. 13).

Таблица 13. Виды транспорта в бактериальной клетке

* концентрация неизмененного питательного вещества внутри клетки может быть одинаковой с его внеклеточным содержанием, но концентрация химически измененного питательного соединения внутри клетки может значительно превышать концентрацию неизмененного соединения в среде.

Простая диффузия — неспецифи­ческое проникновение по градиенту концентрации веществ в клетку. Осуществляется до тех пор, пока концентрация вещества не будет равной по обе стороны мембраны (внутри и вне клетки). Скорость переноса незначительна, энергонезатратная, не имеющая субстратной специфичности. Только мелкие гидрофобные молекулы способны проходить через гидрофобный билипидный слой мембраны, так в клетку поступает вода и растворенные в ней низкомолекулярные вещества.

Облегченная диффузия проте­кает по градиенту концентрации при обязательном участии специфических белков – пермеаз, локализованных в мембране, энергонезатратная. На внешней стороне мембраны они распознают и связывают молекулу субстрата и обеспечивают ее перенос через мембрану. На внутренней поверхности мембраны комплекс пермеаза-субстрат диссоциирует, и молекула субстрата включается в общий метаболизм клетки. Скорость этого способа переноса зависит от концентра­ции вещества в наружном слое.

При активном переносе вещество про­никает в клетку против градиента концен­трации при помощи белка-переносчика — пермеазы. При этом происходит затрата энергии, так как этот процесс происходит тогда, концентрация вещества в микробной клетке выше чем в питательной среде. Имеется два типа активного транс­порта.

Активный транспорт — против градиента концентрации, субстратспецифичен, энергозатратный (за счет АТФ), вещества поступают в клетку в химически неизмененном виде. Транспортируемое вещество взаимодействует со специфическим связывающим белком (специальные связывающие белки в комплексе с пермеазами), локализованном в периплазматическом пространстве, затем связывающий белок взаимодействует с транспортным белком, находящимся в цитоплазматической мембране, который осуществляет транспорт молекулы внутрь клетки. При этом типе активного транспортанебольшие молекулы (аминокислоты, некоторые сахара) «накачиваются» в клетку и создают концентрацию, которая может в 100-1000 раз превышать концентрацию этого вещества снаружи клетки.

Транслокация радикалов(перенос групп) — против градиента концентрации, с помощью фосфотрансферазной системы, составной частью которой является белок-переносчик, энергозатратна, вещества (преимущественно сахара) поступают в клетку в форфорилированном виде. Этот ме­ханизм обеспечивает включение в клетку некоторых сахаров (например, глю­козы, фруктозы), которые в процессе пе­реноса фосфорилируются, т. е. химически модифицируются. Фосфорилированный белок связывает свободный сахар на наружной поверхности мембраны и транспортирует его в цитоплаз­му, где сахар освобождается в виде фосфата. Поступив в клетку, органический источник углерода и энергии вступает в цепь биохимичес­ких реакций, в результате которых образуются АТФ и ингредиенты для биосинтетических про­цессов. Биосинтетические (конструктивные) и энергетические процессы протекают в клетке одновременно.

5. Классификация микроорганизмов в зависимости от источника энергии

В зависимости от источника энергии микроорганизмы делят на:

фототрофы (энергию получают за счет фотосинтеза — например, цианобактерии)

хемотрофы (энергия добывается за счет химических, окислительно- восстановительных реакций).

Если при этом донорами электронов являются неорганические соединения, то это хемолитотрофы, если органические – хемоорганотрофы (табл. 14). К последним принадлежит значительное боль­шинство бактерий, в том числе патогенные для человека виды.

Таблица 14. Классификация бактерий по типам питания и источникам энергии

У прокариотов возможны три пути получения энергии, которые различаются по выходу энергии: фотосинтез, дыхание и брожение.

Фотосинтез (фотосинтетическое фосфорилирование). Основные участники фотосинтетического фосфорилирования: энергия фотонов, хлорофилл или его аналоги — пигменты, С0₂ . Вся энергия на земле — это энергия солнечного света. Эту энергию способна усваивать очень небольшая группа микробов, содержащих пигменты, подобные хлорофиллу. Они составляют группу цианобактерий (старое название — сине-зелёные водоросли). Однако большинство бактерий получают энергию путем химических реакций. Они называются скотобактерии.

Энергия в бактериальной клетке накап­ливается в форме молекул АТФ. У хемоорганотрофных бактерий реакции, связанные с получением энергии в форме АТФ, — это реакции окисления-восстановления, сопря­женные с реакциями фосфорилирования. Окисленный в этих реакциях углерод вы­деляется клеткой ввиде СO₂. Для удаления отщепившегося в этих реакциях водорода, который находится в форме восстановлен­ного НАД, различные бактерии используют различные возможности в зависимости от конечного акцептора водорода (или элект­ронов, что является эквивалентным поня­тием). В зависимости от способа получения энергии у бактерий имеется несколько типов метаболизма: окислительный, или дыхание; бродильный, или ферментативный; смешан­ный. Тип метаболизма определяет не только реакции, в результате которых образуется АТФ, он также определяет конечные продук­ты этих реакций, которые используются при идентификации бактерий, а также условия культивирования бактерий.

Дыхание (окислительное фосфорилирование). Представляет собой процесс взаимодействие субстрата со свободным кислородом и ферментами дыхательной цепи. Дыхание или биологическое окисление — совокупность биохимических процессов, сопровождающихся образованием энергии, необходимой для жизнеобеспечения клетки.

Дыхание — процесс получения энергии в реакциях окисления-восстановления, со­пряженных с реакциями окислительного фосфорилирования, при котором донора­ми электронов могут быть органические (у органотрофов) и неорганические (у литотрофов) соединения, а акцептором — только неорганические соединения.

Одним из основных путей реализации энергии, содержащейся в фосфорных связях органических соединений, является способность передавать фосфатный остаток другим соединениям. Это называется фосфорилированием. Фосфорилирование делает соединение нестабильным. Оно распадается с выделением энергии. Поэтому АТФ называют энергетической валютой клетки.

Окислительный метаболизм.Бактерии, об­ладающие окислительным метаболизмом, энергию получают путем дыхания. У бактерий, обладающих окислительным ме­таболизмом, акцептором электронов (или во­дорода (Н ) является молекулярный кислород.

Суть окисления заключается в присоединении кислорода или в отнятии водорода от субстрата, в результате чего происходит расщепление вещества и разрушение химических связей. Энергия этих связей выделяется в окружающую среду и почти на 70% улавливается клеткой в виде биологической энергии, т.е. в виде образования высокоэнергетических соединений, главным из которых является АТФ и УДФ.

Кроме АТФ (аденозинтрифосфат) у прокариот энергия накапливается в УДФ (уридиндифосфат), ферментных комплексах НАДФ (никотинаденин-динуклеотидфосфат) и ФАДФ (флавинаденин-динуклеотидфосфат), пирофосфате и волютине (орто- и метафосфаты).

Все процессы дыхания происходят на ЦПМ и начинаются с гликолиза, в результате которого образуется пировиноградная кислота или пируват (ПВК). Пировиноградная кислота является исходным материалом для дальнейших катаболических реакций.

Таким образом, дыхание – это биологический процесс переноса электронов через дыхательную цепь от доноров к акцепторам с образованием АТФ. В зависимости от того, что является конечным акцептором электронов, выделяют аэробное и анаэробное дыхание. При аэробном дыхании конечным акцептором электронов является молекулярный кислород (О₂), при анаэробном — связанный кислород (-NO₃ , =SO₄, =SO₃).

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

По потребности микроорганизмов в кислороде выделяют пять групп (рис. 10):

1. Облигатные (строгие) аэробы способны получать энергию только путем дыхания и поэтому обязательно нуждаются в молекулярном кислороде. Энергию получают окислительным метабо­лизмом, используя кислород как терминаль­ный акцептор электронов в реакции, катали­зируемой цитохромоксидазой. Пример: представители родов Pseudomonas и Bacillus.

2. Облигатные (строгие) анаэробы не способны расти и размножаться в присутствии кислорода, поскольку у них отсутствуют ферменты, расщепляющие токсические соединения кислорода. Для них как тип окисли­тельно-восстановительных процессов характерна ферментация, при которой происходит перенос электронов от субстрата-донора к субстрату-акцептору. Тип метаболизма у них — бродильный. Пример: микроорганизмы родов Clostridium и Bacteroides.

3. Факультативные анаэробыспособны расти и размножаться как в при­сутствии кислорода, так и в его отсутствии. Они обладают смешанным типом метабо­лизма и могут ис­пользовать в качестве терминальных акцепторов электронов как молекулярный кислород, так и органические соединения. Процесс получения энергии у них мо­жет происходить кислородным дыханием в присутствии кислорода, а в его отсутствии переключаться на брожение. Пример: Escherichia coli и Saccharomyces.

4. Микроаэрофилы нуждаются в низком содержании свободного кислорода 2-10%. Естественной средой обитания микроаэрофилов является мукозный слой, покрывающий эпителий желудка, где концентрация кислорода невелика. У микроаэрофилов имеются ферменты, которые инактивируются при контакте с сильными окислителями и активны только при низких значениях парци­ального давления кислорода, например фер­мент гидрогеназа. Многие микроаэрофильные бактерии растут быстрее в избыточном количестве углекислого газа (до 20%), поэтому их называют капнофилами. Пример: Helicobacter pylori, Campylobacter.

5. Аэротолерантные микроорганизмыспособны расти в присутствии атмосферного кислорода, но не использовать его в качестве источника энергии. Они осуществляют анаэробный метаболизм (брожение), но устойчивы к действию кислорода при его обычных концентрациях. Пример: Streptococcus pyogenes, Lactobacillus.

Бактерии

Аэробы Микроаэрофильные Факультативные Анаэробы Аэротолерантные

микроорганизмы анаэробы микроорганизмы

Рис. 10. Характер роста бактерий с различной потребностью в кислороде

Различное физиологическое отношение микроорганизмов к кислороду связано с нали­чием у них ферментных систем, позволяющих существовать в атмосфере кислорода. Следует отметить, что в окислительных процессах, протекающих в атмосфере кислорода, образуются токсические продукты окисления (H₂O₂ — перекись водорода и О₂~ — свободные кислородные радикалы), Эти соединения вызывают перекисное окисление ненасыщенных жирных кислот и окисление SH-групп белков.

Таблица 15. Ферменты бактерий с различной потребностью в кислороде

* Супероксид дисуматаза встречается у многих строгих анаэробов и наличие этого фермента коррелирует с их устойчивостью к кислороду.

Для нейтрализации токсичных форм кисло­рода микроорганизмы, способные существо­вать в его атмосфере, имеют специфические ферменты, прежде всего каталаза, пероксидаза, а также мощную ферментную систему для нейтрализации наиболее токсичных радикалов кислорода, которая получила название супероксид дисмутаза. У анаэробов эти ферменты отсутствуют, также как и система регуляции окислительно-восстановительного потенциала, поэтому накопление токсических для мембран клеток соединений вызывает их разрыв и неизбежную гибель. Биохимически анаэробное дыхание протекает по типу бродильных процессов.

У облигатных аэробов и факультатив­ных анаэробов накоплению закисного радикала O2~ препятствует ферменты каталаза и супероксид дисмутаза,расщепляющие кислородный радикал на перекись водорода и молекулярный кислород (табл. 15 и рис. 10).

Аэротолерантные микроорганизмы не име­ют супероксид дисмутазы, и ее функцию вос­полняет высокая концентрация ионов мар­ганца, который, окисляясь под действием 0₂~, убирает тем самым супероксидный ион. Перекись водорода у этих микроорганизмов разрушается ферментом пероксидазой в ката­лизируемых ею реакциях окисления органи­ческих веществ.

Строгие анаэробы не имеют ни каталазу, ни пероксидазу, но содержат супероксид дисмутазу. В связи с этим некоторые стро­гие анаэробы (бактероиды, фузобактерии) не выносят присутствия даже незначительного количества молекулярного кислорода, тогда как некоторые клостридии могут находиться в атмосфере кислорода, благодаря ферменту супероксид дисмутаза.

Брожение и его виды

Брожение (субстратное фосфорилирование). Брожение — это разновидность анаэробного дыхания, при котором и донором и акцептором водорода является органическое вещество. Основные компоненты субстратного фосфорилирования: органические субстраты, связанный кислород.

При брожении происходит расщепление сложных органических веществ до более просто устроенных с выделением относительно небольшого количества энергии. При поступлении глюкозы в клетку, происходит гликолиз и образуется ПВК. Дальнейшие ее превращения предопределяются набором ферментов анаэробных бактерий. Бродильный (ферментативный) метаболизм, — процесс получения энергии, при котором отщеплен­ный от субстрата водород переносится на органические соединения.

Кислород в процессе брожения участия не принимает. Восстановленные органические соединения выделяются в питательную среду и накапливаются в ней. Ферментироваться могут углеводы, аминокислоты (за исключе­нием ароматических), пурины, пиримидины, многоатомные спирты. Не способны сбра­живаться ароматические углеводороды, сте­роиды, каротиноиды, жирные кислоты. Эти вещества разлагаются и окисляются только в присутствии кислорода, в анаэробных усло­виях они стабильны. Продуктами брожения являются кислоты, газы, спирты.

В зависимости от того какие конечные продукты образуются, выделяют разные типы брожения:

1. Молочнокислое брожение. Примерами этого типа брожения являются лактобактерии, бифидобактерии, стрептококки. Из ПВК они образуют молочную кислоту (гомоферментативное брожение) или молочную кислоту, ацетон, янтарную кислоту, уксусную (гетероферментативное брожение). Продукты молочнокислого брожения игра­ют большую роль в формировании колони­зационной резистентности бактериями рода Lactobacillus и Bifidobacterium, составляющих облигатную флору кишечника. Молочнокислые бактерии широко исполь­зуются в молочной промышленности для по­лучения молочнокислых продуктов, а также в создании пробиотиков.

2.Маслянокислое брожение. Масляная кислота, бутанол, ацетон, изопропанол и ряд других ор­ганических кислот, в частности уксусная, капро­новая, валерьяновая, пальмитиновая, являются продуктами сбраживания углеводов сахаролитическими строгими анаэробами (анаэробные бактерии рода клостридии, а также бактероиды, фузобактерии и другие группы). Спектр этих кислот, определяемый при помощи газожид­костной хроматографии, используется как экс­пресс-метод при идентификации анаэробов.

3.Пропионовокислое брожение. Возбудители относятся также к роду анаэробов — пропионибактериям, которые используются в производстве сыров. Конечный продукт брожения — пропионовая кислота. Пропионибактерии — обитатели кожи и слизистой оболочки человека и животных могут вызывать анаэробные инфекции.

4.Спиртовое брожение. Встречается, в основ­ном, у дрожжей. Конечными продуктами яв­ляются этанол и С0₂. Сбраживание глюко­зы происходит по ФДФ-пути в анаэробных условиях. При доступе кислорода процесс брожения ослабевает, на смену ему приходит дыхание. Подавление спиртового брожения кислородом называется эффектом Пастера. Спиртовое брожение используется в пищевой промышленности: хлебопекарной, виноделии.

5.Бутиленгликолевое брожение. В результате ферментации образуются бутиловый спирт, этиленгликоль, сероводород и другие токсические продукты. Этот вид брожения вызывают кишечная палочка и другие энтеробактерии, в том числе — возбудители кишечных инфекций — сальмонеллёза, дизентерии.

6. Муравьинокислое (смешанное) броже­ние.Встречается у представителей семейств Enterobacteriaceae, Vibrionaceae. Глюкоза рас­щепляется по ФДФ-пути, глюконат расщеп­ляется по КДФГ-пути.

Знание механизмов брожения имеет большое практическое значение: во-первых, для разработки методов диагностики (идентификации) инфекционных заболеваний но набору ферментов; во-вторых, для создания современных биотехнологий молочнокислых продуктов, сыра, хлеба, вина, пива и многих других продуктов питания.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Интенсивно протекающие в клетке процессы анаболизма и катаболизма приводят к быстрому росту клетки.

Рост бактерий — это упорядоченное увеличение количества и размеров всех компонентов клетки при условии наличия всех необходимых химических элементов, что приводит к увеличению ее массы. Питательные субстраты должны содержать эти элементы в метаболически доступной форме. Рост клетки не беспреде­лен. После достижения критических размеров клетка подвергается делению или размножению.

Большинство бактерий делится поперечным бинарным делением или цитокинезом. У большинства грамположительных бак­терий деление происходит путем синтеза попе­речной перегородки, идущей от периферии к центру. Клетки большинства грамотрицательных бактерий делятся путем перетяжки. Процесс деления повторяется через приблизительно равные промежутки времени (от нескольких минут до нескольких суток), что является индивидуальной генетической характеристикой микробного вида. В результате размножения резко увеличивается количество клеток в популяции.

Размножение или репродукция у бактерий — это разделение суперспирализованной ДНК нуклеоида на две дочерние нити, каждая из которых далее достраивается комплементарной нитью и одновременно происходит образование двух дочерних клеток (полуконсервативный способ).

Размножение характеризуется временем генерации (интервал времени, за который число клеток удваи­вается) и таким понятием, как концентрация бактерий (число клеток в 1 мл).

При внесении бактерий в питательную сре­ду они растут и размножаются до тех пор, пока содержание какого-нибудь из необхо­димых компонентов среды не достигнет ми­нимума, после чего рост и размножение пре­кращаются. Если на протяжении всего этого времени не прибавлять питательных веществ и не удалять конечных продуктов обмена, то получаем статическую бактериальную куль­туру. Статическая (периодическая) культура бактерий ведет себя как многоклеточный ор­ганизм, с генетическим ограничением роста. Если построить график, по оси абсцисс кото­рого отложить время, а по оси ординат — чис­ло клеток, то получим кривую, описывающую зависимость числа образующихся клеток от времени размножения, которая называется кривой роста.

Кривая роста бактерий в питательной среде.На этой кривой можно различить не­сколько фаз, сменяющих друг друга в опреде­ленной последовательности (рис. 11):

1. Начальная — лаг-фаза (англ. lag — отставать). Охватывает промежуток времени между посевом бактерий и на­чалом размножения. Ее продолжительность составляет в среднем 2—5 ч и зависит от со­става питательной среды, от возраста засевае­мой культуры. Во время лаг-фазы происходит адаптация бактериальных клеток к новым условиям культивирования, идет синтез индуцибельных ферментов.

2. Экспоненциальная (логарифмичес­кая) фаза. Характеризуется постоянной мак­симальной скоростью деления клеток, фаза геометрического роста с резким ростом численности популяции микроорганизмов (2 в степеии n). Скорость размножения зависит от вида бактерий и пита­тельной среды. Время удвоения клеток называется временем генерации, которое варьирует от вида бактериальной культуры: у бакте­рий рода Pseudomonas оно равняется 14 мин, а у Mycobacterium 18 — 24 ч. Величина клеток и содержание белка в них во время экспо­ненциальной фазы остаются постоянными. Бактериальная культура в этой фазе состоит из стандартных клеток.

Рис. 11. Фазы размножения бактерий

3. Стационарная фаза (фаза равновесия размножения и гибели микробных клеток). Наступает тогда, когда число клеток перестает увеличиваться. Так как скорость роста зависит от концентра­ции питательных веществ, то при уменьше­нии содержания последних в питательной сре­де уменьшается и скорость роста. Снижение скорости роста происходит также из-за боль­шой плотности бактериальных клеток, сни­жения парциального давления кислорода, накопления токсических продуктов обмена. Продолжительность стационарной фазы со­ставляет несколько часов и зависит от вида бактерий и особенностей их культивирования.

4. Фаза отмирания или гибели — уменьшение численности популяции в связи с уменьшением и отсутствием условий для размножения микроорганизмов. Наступает вследствие накопления кислых продуктов обмена или в результате аутолиза под влиянием собствен­ных ферментов. Продолжительность этой фа­зы колеблется от десятка часов до нескольких недель.

Данная динамика характерна для периодических культур с постепенным истощением запаса питательных веществ и накоплением метаболитов. Постоянное нахождение бактериальной популяции в логарифмической фазе роста наблюдается в непрерывной культуре, что до­стигается постепенным дозированием пос­тупления питательных веществ, контролем плотности бактериальной суспензии и удале­нием метаболитов. Такой процесс выращивания микроорганизмов называется проточным культивированием (непрерывная культура). Рост в непрерывной культуре позволяет получать большие массы бактерий при проточном культивировании в специаль­ных устройствах (хемостатах и турбидистатах) и используется при производстве вакцин, а также в биотехнологии для полу­чения различных биологически активных веществ, продуци­руемых микроорганизмами.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: