Физиология микроорганизмов План
Физиология бактерий.
Физиология вирусов.
Методы исследования бактерий и вирусов.
1.Физиология бактерий.
Физиология изучает жизненные функции микроорганизмов: питание, дыхание, рост и размножение.
Бактерии различаются по химическому составу, типу питания, способам получения энергии и размножения, обладают высокой приспособляемостью и устойчивостью ко многим факторам окружающей среды.
Химический состав бактерий.
В состав бактерий входят белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды, минеральные вещества.
Вода – основной компонент бактериальной клетки. Ее содержание в ней около 80% массы. В спорах количество воды уменьшается до 18-20%. Удаление воды из клетки (высушивание) приостанавливает процессы метаболизма и размножения, но не убивает бактериальную клетку.
Белки – составляют 40 – 80% сухой массы бактерий и определяют их важнейшие биологические свойства. Белки участвуют в процессах метаболизма, большая их часть обладает ферментативной активностью. Видовая специфичность микроорганизмов зависит от количественного и качественного состава белковых веществ.
Нуклеиновые кислоты бактерий составляют 10-30% сухой массы клетки. Молекула ДНК в виде хромосомы определяет наследственность, молекулы РНК участвуют в биосинтезе белка.
Углеводы бактерий в виде простых веществ (моно- и дисахаридов) и комплексных соединений составляют 12-18% сухой массы. Полисахариды часто входят в состав капсул. Некоторые внутриклеточные полисахариды в качестве включений являются запасными питательными веществами клетки.
Липиды входят в структуру цитоплазматической мембраны и ее производных, а также клеточной стенки бактерий. Они могут выполнять в цитоплазме роль запасных питательных веществ. Липиды бактерий представлены фософолипидами, жирными кислотами и глицеридами.
Минеральные вещества бактерий обнаруживают в золе после сжигания клеток в количестве 2-14% их сухой массы – это фосфор. Калий, натрий, сера, железо, кальций, магний, а также микроэлементы (цинк, медь, кобальт, барий, марганец и др). Они участвуют в регуляции осмотического давления, рН среды, окислительно-восстановительного потенциала, активируют ферменты и входят в состав витаминов и структурных компонентов микробной клетки.
Питание бактерий.
По типу питания микробы делятся на автотрофы и гетеротрофы. Первые способны синтезировать сложные органические вещества из простых неорганических соединений (хлористого натрия, солей различных кислот).
Гетеротрофы для своего роста и развития нуждаются в готовых органических соединениях: белках, жирах, углеводах. Гетеротрофы представляют обширную группу микроорганизмов, среди которых различают сапрофитов и паразитов.
Большинство микробов, вызывающих заболевание у человека, являются гетеротрофами. В их число входят патогенные и условно-патогенные виды. Среди них выделяют облигатные и факультативные паразиты.
Облигатные паразиты способны существовать только внутри живой клетки (риккетсии, хламидии, микоплазмы, вирусы, некоторые простейшие). Факультативные паразиты могут жить как вне, так и внутри живой клетки (микробы дизентерии, гонококк и др.)
По характеру источника использования энергии микроорганизмы делятся на фототрофы (используют энергию солнечного света) и хемотрофы (используют энергию за счет окисления неорганических веществ) (патогенные для человека микроорганизмы).
Тип питания микробов
Автотрофы Гетеротрофы
(патогенные
и условно-патогенные микроорганизмы)
С
апрофиты Паразиты
Факультативные Облигатные
Механизм питания. Проникновение различных веществ в бактериальную клетку зависит от величины и растворимости их молекул, рН среды, концентрации, проницаемости мембран и др. Основным регулятором поступления веществ в клетку является цитоплазматическая мембрана. Выход веществ из клетки осуществляется за счет диффузии и при участии транспортных систем.
Проникновение питательных веществ в микробную клетку происходит различными способами. Пассивная обеспечивает перемещение веществ из места с высокой концентрацией в сторону низкой концентрации. Она осуществляется без затрат энергии. Активный транспорт питательных веществ осуществляется с помощью специальных ферментов – пермеаз. Которые перемещают вещества от меньшей концентрации в сторону большей концентрации (как бы против течения). Этот процесс требует затрат энергии.
Дыхание микроорганизмов.
Дыхание (или биологическое окисление) – сложный процесс, сопровождающийся выделением энергии, необходимой для жизнедеятельности микробов. Бактерии, как и высшие животные , для дыхания используют кислород. Однако Л.Пастером было доказано существование таких бактерий. Для которых наличие свободного кислорода является губительным.
Все микробы по типу дыхания можно разделить на три основные группы:
- облигатные (строгие) аэробы (микрококки, туберкулезные бактерии и др.). Они могут расти только при наличии кислорода;
- облигатные (строгие) анаэробы (возбудители газовой гангрены, столбняка и ботулизма). Они могут расти только при полном отсутствии кислорода;
- факультативные анаэробы (большинство сапрофитов и патогенных микробов). Они растут как в присутствии, так и в отсутствии кислорода.
Аэробное дыхание протекает при наличии кислорода. Анаэробное – при его отсутствии.
Рост и размножение бактерий.
Рост – это увеличение размеров отдельной особи. Размножение – это увеличение числа особей в популяции. В результате роста и размножения микробов происходит увеличение их биомассы. Бактерии размножаются делением. Актиномицеты и грибы размножаются спорами. Дрожжи размножаются почкованием.
Быстрота размножения микробов различна. Для большинства бактерий период генерации (удвоения) в среднем равен 15-30 минут, например, для кишечной палочки 15-17 минут. Некоторые микробы делятся медленнее, например спирохеты один раз в 10 часов.
На жидких средах рост бактерий характеризуется образованием пленки на поверхности, равномерного помутнения, либо осадка.
Образование микроорганизмами пигментов, фотогенных и ароматических веществ.
В процессе обмена веществ микробы способны вырабатывать пигменты, фотогенные и ароматические вещества.
Пигменты могут иметь различный цвет: синий, желтый, красный и др.
Сине-зеленый пигмент образует синегнойная палочка – микроб, нередко обнаруживаемый на перевязочном материале, снятом с загрязненной раны.
Желтые пигменты продуцируют сарцины и стафилококки.
Красные пигменты вырабатывают некоторые актиномицеты, дрожжи, бактерии.
Некоторые микробы в процессе жизнедеятельности образуют вещества, способные при соединении с кислородом воздуха светиться. Светящиеся микробы названы фотогенными. Фотогенные микроорганизмы иногда проникают в тело и мышцы мелких разнообразных животных, обуславливая их яркое свечение ночью. Были обнаружены светящие термиты. Муравьи и пауки. Свечением обладают и некоторые грибы, живущие в старых пнях и корнях деревьев. Патогенных среди человека микробов среди них не обнаружено.
Некоторым микробам присуще ароматобразование. Это явление объясняется образованием особо летучих эфирно-подобных веществ. Различные ароматобразующие бактерии используются для изготовления сыров, масла, вин. Среди болезнетворных для человека бактерий имеются ароматобразующие, так при выращивании в лаборатории синегнойная палочка пахнет карамелью. Туберкулезная палочка – медом.
Пигменты обеспечивают:
- защиту от УФ радиации;
- участвуют в реакциях синтеза;
- обладают антибиотическим действием.
Ферменты бактерий.
Ферменты – биологические катализаторы, высокомолекулярные вещества белковой природы, вырабатываемые живой клеткой. Ферменты играют важную роль в обмене веществ микроорганизмов.
Различают:
- эндоферменты - локализуются в цитоплазме клеток;
- экзоферменты – выделяются в окружающую среду.
Ферменты агрессии разрушают ткань и клетки, обуславливая широкое распространение микробов и их токсинов в инфицированной ткани.
Биохимические свойства бактерий определяются составом ферментов:
- сахаролитические – расщепление углеводов;
- протеолитические – расщепление белков,
- липолитические – расщепление жиров.
Ферменты являются важным диагностическим признаком при идентификации микроорганизмов.
Культивирование бактерий.
Большинство бактерий и грибов культивруются на естественных и искусственных, плотных и жидких питательных средах, в оптимальных для них условиях. . На питательных средах микроорганизмы при размножении образуют определенной морфологии колонии, что определяет их культуральные свойства.
На плотных средах микроорганизмы в зависимости от количества посевного материала образуют или сплошной налет («газон»), или изолированные колонии. Культуры бывают грубые и нежные, прозрачные и непрозрачные, с поверхностью матовой, блестящей, гладкой, шероховатой, сухой, бугристой.
Колонии могут быть крупные (4—5 мм в диаметре и больше), средние (2—4 мм), мелкие (1—2 мм) и карликовые (меньше 1 мм). Они различаются по форме, расположению на поверхности среды (выпуклые, плоские, куполообразные, вдавленные, круглые, розеткообразные), форме краев (ровные, волнистые, изрезанные).
В жидких средах микроорганизмы могут образовывать равномерную муть, давать осадок (зернистый, пылевидный, хлопьевидный) или пленку (нежную, грубую, морщинистую).
На полужидких средах при посеве уколом подвижные микробы вызывают помутнение толщи среды, неподвижные — растут только по «уколу», оставляя остальную среду прозрачной.