Метаболизм бактерий

Как и другим живым организмам, бактериям нужна пища. Часто это углеводы (сахара). Бактерии расщепляют их химически с помощью ферментов. Ферменты это белки, которые способны ускорять (катализировать) определенные химические реакции. Этот процесс переработки сахаров называется брожением (ферментацией).

Некоторым бактериям для роста нужен кислород; их называют аэробными. Другие способны расти только в отсутствие кислорода и называются анаэробами. Третьи могут расти как в присутствии кислорода и без него и называются факультативными анаэробами. Аэробные бактерии окисляют продукты расщепления сахаров полностью, до углекислого газа и воды, используя для этого кислород. Лишенные такого мощного окислителя, анаэробы или факультативные анаэробы не могут полностью окислить сахара. Обычно они превращают сахара в пируват (пировиноградную кислоту), который затем превращается в один из нескольких распространенных конечных продуктов брожения.

Бактерии, образующие йогурт, анаэробы, и с помощью ферментов перерабатывают содержащийся в молоке сахар (лактозу) в пировиноградную кислоту, а затем в молочную кислоту. Таким образом, молочная кислота – это побочный продукт метаболизма бактерий. Молочная кислота понижает pH молока, делая молоко кислым. В кислых условиях казеин (один из основных белков молока) денатурирует («сворачивается»), что приводит к изменению консистенции молока, оно становится более густым. Кислая среда также препятствует росту других микроорганизмов. Таким образом, молочная кислота позволяет йогурту оставаться свежим и при этом сохранять питательные свойства молока: молочная кислота окисляется в человеческом организме с высвобождением содержащейся в ней энергии. Другие бактерии могут превращать сахара и пируват в другие конечные продукты, например, кишечная палочка E. coli образует в процессе брожения этиловый спирт, а также янтарную, уксусную, муравьиную и молочную кислоты.

Постулаты Коха

В середине 19 века знаменитый французский ученый Луи Пастер изучал роль бактерий в процессе брожения и провел ряд экспериментов, последовательно доказавших, что бактерии не «самозарождаются» в подходящих условиях, а заносятся извне. В то время было понятно, что бактерии как-то связаны с болезнями, но является ли их присутствие следствием или причиной болезни, оставалось неясным. Многие из пораженных тканей содержали несколько типов бактерий, что затрудняло определение роли каждого из них в развитии болезни. Работа Пастера и других ученых, а также технический прогресс в микроскопии и открытие твердых питательных сред – все это подготовило базу для исследований Роберта Коха.

Кох изучал сибирскую язву, смертоносную болезнь, поражающую людей и скот. Он обратил внимание, что определенный вид бактерий в виде палочек и их споры постоянно можно было найти в инфицированных тканях больных овец. Он с большим трудом выделил эти бактерии, которые назвал Bacillus anthracis и вырастил их чистую культуру на среде, состоявшей из водянистой жидкости глазных яблок коров или кроликов. Затем он ввел выращенную культуру здоровым кроликам. Когда затем у кроликов возникли симптомы язвы, Кох вновь выделил бактерии из их тканей и наблюдениями под микроскопом подтвердил, что это такие же бактерии, как он выращивал.

Этапы, через которые прошел Кох, теперь известны как «постулаты Коха». Для того, чтобы доказать, что определенный микроорганизм вызывает какое-то заболевание, исследователь должен продемонстрировать, что его данные удовлетворяют этим постулатам.

Для того чтобы найти причину скисания молока согласно постулатам Коха, ученики должны:

- описать наблюдаемые симптомы «болезни»;

- найти подозреваемый патоген в инфицированном материале и выделить в чистой культуре;

- использовать чистую культуру, чтобы заразить контрольный материал. Описать симптомы «болезни» у зараженного материала. Проверить, что они совпадают с исходными наблюдениями;

- снова выделить и определить микроорганизм.