2.2 Основные источники питания, используемые для микроорганизмов – продуцентов

Вода. Для роста и размножения микроорганизмов необходимо присутствие воды. К качеству воды предъявляются особые требования. В большинстве случаев при приготовлении питательных сред используют дистиллированную воду, приготовленную в различных видах дистилляторов.

Дистиллированная вода считается качественной, если не содержит аммиака, органических веществ и кислот. Допускается рН воды в пределах 5,0-6,8. В некоторых случаях, когда в среды добавляют перекристаллизованные реактивы в микроконцентрациях (тысячные доли процента и менее), применяют трижды дистиллированную воду.

Если из воды необходимо удалить хлориды, соли тяжелых металлов или растворенные газы, можно использовать обессоленную воду (т.е. деионизированную или аперогенную).

Источники углеродного питания. Среди элементов, используемых микроорганизмами в качестве питательных веществ, одним из важнейших является углерод, содержание которого в пересчете на сухую массу составляет около 50%.

В качестве источников углерода обычно использую пентозы, гексозы, трисахариды, полисахариды, многоатомные спирты, гликозиды. Эти вещества входят в состав многих питательных сред. Кроме того, растворы сахаров и многоатомных спиртов в концентрации 0,5-1% применяют для дифференциации и идентификации микроорганизмов по их ферментативным свойствам.

Источником углерода может быть также диоксид углерода, который в процессе метаболизма обычно образуется в количестве, достаточном для обеспечения потребности клетки. Во многих случаях необходимая концентрация диоксида углерода (от 2 до 5%) устанавливается в атмосфере культивирования и инкубации. Некоторые микроорганизмы развиваются при более высоких концентрациях СО₂. Бактерии, которые используют в качестве источника питания диоксид углерода, называются гетеротрофами. Любое углеродное соединение расщепляется клеткой до низкомолекулярного вещества. Во время процесса расщепления из химических соединений выделяется энергия, которая в форме АТФ используется микроорганизмами.

Источники азотного питания. Для развития микроорганизмов, синтеза белковых соединений и построения протоплазмы необходимы источники азота. Наиболее универсальным источником азота для микроорганизмов является аммоний (в виде аммонийных солей), а также белки, аминокислоты, пептон и пептиды.

Одним из основных источников азота в составе сред для культивирования являются аминокислоты. Потребность микроорганизмов в аминокислотах весьма разнообразна: она наиболее сильно проявляется у патогенных микроорганизмов и молочнокислых бактерий, а также у многих гнилостных бактерий.

Иногда необходимо определенное сочетание аминокислот (например, изолейцина и валина, фенилаланина и тирозина, метионина и лизина), а иногда они могут заменять друг друга (например, серин и глицин, цистин и метионин, лизин и треонин, пролин и глутаминовая кислота, цистин и цистеин и т.д.).

В ряде случаев внесение в среду небольшого количества свободных аминокислот благоприятно влияет на биосинтез некоторых антибиотиков. Наиболее интенсивный биосинтез большинства антибиотиков наблюдается на средах с минеральными и органическими источниками азота.

Органические азотистые соединения используются продуцентами также, как источники углерода, причем многие продуценты предпочитают их углеводам.

Источники фосфорного питания. Фосфор входит в соединения протоплазмы (фосфолипиды, коферменты, нуклеиновые кислоты), определяет ее структуру и функции. Органические соединения фосфора используются микроорганизмами как аккумуляторы энергии, освобождающейся в процессе окисления. В питательно среде должны присутствовать фосфаты в виде неорганических одно- или двухзамещенных фосфатов калия и натрия. Также источником фосфатов могут служить нуклеиновые кислоты.

Факторы роста. Термин «факторы роста» используют для обозначения особенно важных источников питания, таких как аминокислоты, которые включаются целиком в структуру клетки. Факторы роста необходимы микроорганизмам в малых дозах, они используются для синтеза физиологически активных веществ, регулирующих внутриклеточный метаболизм. Факторами роста помимо аминокислоты являются пуриновые и пиримидиновые основания, входящие в состав нуклеиновых кислот, витамины.

В относительно больших количествах (от 10^-5 до 10^-4 М) необходимы углерод, азот, кислород, водород, фосфор, сера, калий, кальций, железо, магний. Содержание минеральных веществ в бактериальных клетках составляет от 2 до 14% к их сухой массе. Необходимы также и микроэлементы (от 10^-8 до 10^-5 М); медь, цинк, кобальт, никель, хлор, натрий, кремний, молибден, марганец и др.

Действие факторов роста многогранно. Они могут участвовать в тех или иных процессах обмена веществ. В большинстве случаев потребность микроорганизмов в факторах роста зависит от состава питательной среды и способности микроорганизма синтезировать витамины. Если биосистема их не синтезирует, то фактор роста обычно должен присутствовать в среде в готовом виде.