7 Бактериофаги

1.Бактериофаги (фаги) — этовирусы, поражающие бактериальные клетки (в качестве клетки-хозяина). Вирионы фагов состоят из головки, содержащей нуклеиновую кислоту вируса, и более или менее выраженного отростка. Нуклеокапсид головки фага имеет кубический тип симметрии, а отросток — спиральный тип, т. е. бактериофаги имеют смешанный тип симметрии нук-леокапсида.

Большинство фагов содержат кольцевую двунитчатую ДНК, и лишь некоторые - РНК или однонитчатую ДНК. Фаги, как и другие вирусы, обладают антигенными свойствами и содержат группоспецифические (по ним делятся на серотипы) и типо-специфические антигены. Сыворотки, содержащие антитела к этим антигенам (антифаговые сыворотки), нейтрализуют лити-ческую активность фагов. Взаимодействие бактериофага с клеткой происходит в соответствии с основными типами взаимодействия, характерными для всех вирусов, — продуктивная (литическая), абортивная вирусная и латентная (лизогения, вирогения) инфекция, а также вирус-индуцированная трансформация.

По характеру взаимодействия фага с клеткой все бактериофаги делятся:

на вирулентные (литические), вызывающие продуктивную инфекцию и лизис бактериальной клетки;

умеренные, вызывающие латентную инфекцию и ассоциацию генома вируса с бактериальной хромосомой. Умеренные фаги, в отличие от вирулентности, не вызывают гибели бактериальных клеток и при взаимодействии с ней переходят в неинфекционную форму фага, называемую профагом.Профаг — геном фага, ассоциированный с бактериальной хромосомой.Профаг, ставший частью хромосомы клетки, при ее размножении реплицируется синхронно с геномом бактерии, не вызывая ее лизиса, и передается по наследству от клетки к клетке в неограниченном числе поколений. Бактериальные клетки, содержащие в своей хромосоме профаг, называются лизогенными. Профаг в лизогенных бактериях самопроизвольно или под влиянием различных индуцированных агентов может переходить в вегетативный фаг. В результате такого превращения бактериальная клетка лизируется и продуцирует новые фаговые частицы. В ходе лизогенизации бактериальные клетки могут дополнительно приобретать новые признаки, детерминируемые геномом вируса. Такое явление — изменение свойств микроорганизмов под влиянием профага — называется фаговой, илилизогенной, конверсией (проявление вирус-инду-цироанной трансформации).

Умеренные фаги, неспособные ни при каких условиях переходить из профага в вегетативный фаг (образовывать зрелые фаговые частицы), называются дефектными, чаще это происходит в результате нарушения стадии сборки вирусных частиц. Некоторые умеренные фаги называются трансдуцирующими,поскольку с их помощью осуществляется один из механизмов генетической рекомбинации у бактерий - трансдукции. Такие фаги могут использоваться, в частности, в генной инженерии в качестве векторов для получения рекомбинантных ДНК и/или приготовлении рекомбинантных (генно-инженерных) вакцин.

2. Специфичность фагов послужила основанием для их наименования по видовым и родовым названиям чувствительных к ним бактерий. Так, например, фаги, лизирующие стрептококки, называются стрептококковыми, лизирующие холерные вибрионы -холерные, стафилококки — стафилококковыми. По признаку специфичности выделяютполивалентные бактериофаги, лизирующие культуры одного семейства или рода бактерий, моновалентные (монофаги) — лизирующие культуры только одного вида бактерий, а также отличающиеся наиболее высокой специфичностью — типовые бактериофаги, способные вызывать лизис только определенных типов (вариантов) бактериальной культуры внутри вида бактерий.

Наборы таких типоспецифических фагов используются для дифференцировки бактерий внутри вида — это метод фаготи-пирования бактерий. С помощью этого метода можно установить источник и пути передачи инфекционного заболевания, т. е. провести его эпидемиологический анализ, поскольку он позволяет сравнивать фаготипы (фаговары)чистых культур бактерий, выделенных в ходе бактериологического исследования от больного и от окружающих его лиц — возможных бактерионосителей.

Фаги получают индукцией из лизогенных культур или из объектов, содержащих соответствующие бактерии, при культивировании на жидкой питательной среде с последующим выделением из культуральной жидкости путем фильтрования через бактериальные фильтры. Активность полученного (выделенного) фага определяют путем титрования или определения количества фаговых частиц в единице объема среды методом агаровых слоев по Трациа. Суть его состоит в том, что на газон чувствительной культуры (первый слой) наносят определенное разведение фага в полужидком агаре (второй слой). Каждая фаговая частица, размножаясь на бактериальном газоне, образует на поверхности выросшей культуры стерильное пятно ("бляшка", или негативная колония фага). Таким образом, по количеству стерильных пятен можно подсчитать количество фаговых частиц в единице среды (титр фага).

3. Фаги могут применяться в качестве диагностических препаратов для установления рода и вида бактерий, выделенных в ходе бактериологических исследования. Однако чаще всего их используют для лечения и профилактики некоторых инфекционных заболеваний (перорально или местно). Активность фага выражают числом частиц фага, содержащихся в 1 мл или 1 таблетке. Лечебное и профилактическое действие фагов основано на их литической активности.

Отличительной чертой бактериофагов как терапевтических средств является почти полное отсутствие у них побочного действия, что позволяет назначать эти препараты различным возрастным группам без каких-либо ограничений, и возможность назначения поливалентных бактериофагов до получения результатов бактериологического исследования. Препараты диагностических бактериофагов вводить категорически запрещается. В настоящее время в Россиидля фаготерапии и фагопрофилактики производятся и используются:

поливалентный сальмонеллезный бактериофаг;

моновалентные   бактериофаги   —  брюшнотифозный,   дизентерийный, протейный, синегнойный, холерный, стафилококковый, стрептококковый, коли-фаг (кишечной палочки);

комбинированные  препараты   поливалентных  бактериофагов   — колипротейный, пиобактериофаг (включающий стафилококковые,  стрептококковые,  клебсиеллезные,  эшерихиозные,  протейные и синегнойные бактериофаги) и др.

Бактериофаги (фаги) (от греч. φάγος - пожирать) - вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки. Чаще всего, бактериофаги размножаются внутри бактерий и вызывают их лизис. Бактериофагия - процесс взаимодействия фагов с бактериями, заканчивающийся очень часто их разрушением (от лат. bacteriophage - пожирающий бактерии). 1896 год - открытие бактериофагов Британским бактериологом Эрнестом Ханкин. 1898 год - бактериофаги исследованы российским ученым Николаем Гамалея. В этом же году фаги стали использовать при лечении ран и различных инфекций. 1920-е годы - Феликс Д'Эрель - канадский сотрудник Института Пастера (Париж) назвал бактериофаги «бактериофагами» и охарактеризовал их : «вирусы, размножающиеся в бактериях». 1940-е годы - везде, кроме СССР разработки бактериофагов вычеркнуты из числа перспективных исследований. В СССР исследования продолжаются. Во всем мире популярность приобретает метод применения антибиотиков. 1980-е годы Эффективность лечения антибиотиками значительно понизилась. Бактерии выработали лекарственную устойчивость. Интерес к фаговой терапии возобновился. Начало 2000-х годов - Гленн Моррис - сотрудник Университета Мэриленд (США) совместно с НИИ бактериофагов, микробиологии и вирусологии в Тбилиси наладил испытания фаговых препаратов для получения лицензии на их применение в США. Июль 2007 года- бактериофаги одобрены для использования в США. На протяжении последних нескольких лет исследования свойств бактериофагов проводятся в России, Грузии, Польше, Франции, Германии, Финляндии, Канаде, США, Великобритании, Мексике, Израиле, Индии, Австралии. Явление бактериофагии наблюдали многие ученые. Однако до появления краткой, но яркой статьи Туорта (1915) изучением этих явлений не занимались. Английский бактериолог Туорто писал острую инфекционную болезнь стафилококков, которая вызывала значительные изменения морфологии колоний. Инфекционный агент проходил через фильтры, и его можно было пассировать от одной колонии к другой. Туорт выдвинул несколько гипотез для объяснения этого явления, в том числе и гипотезу о фильтрующемся вирусе, аналогичном патогенным вирусам растений и животных. В замечательной статье Туорта заключена сущность современного взгляда на природу бактериофага, однако эта статья в свое время не привлекла внимания ученых, а Туорт не продолжил свою работу, может быть, потому, что служил в это время в армии. В 1917 г. канадский бактериолог Феликс Д'Эрелль. работавший в институте Пастера в Париже, независимо от Туорта сообщил в печати об открытии «бактериофага». В ряде интересных работ он описал и правильно истолковал многие факты, касающиеся действия бактериофага, а в 1921 г. опубликовал свой классический труд по этому вопросу. Под влиянием сообщения о том, что чума свиней вызывается синергическим действием микроба и вируса, Д'Эрелль занялся поисками доказательств подобной же смешанной этиологии бациллярной дизентерии человека. Занимаясь изучением дизентерии, Феликс Д'Эрелль задумался над вопросом: почему возбудитель этой болезни, высевающийся в ее начале в большом количестве, в конце заболевания очень часто перестает выделяться? Заподозрив здесь действие какого - то агента, Д'Эрелль решил его обнаружить. С этой целью к свежей бульонной культуре дизентерийной палочки он стал добавлять по нескольку капель фильтрата испражнений больного. После одного из таких посевов Д'Эрелль и обнаружил этот агент по его способности разрушать дизентерийные бактерии. При добавлении к мутной бульонной культуре он вызвал ее просветление, а при добавлении к культуре, засеянной на плотную среду, появлялись прозрачные (стерильные) пятна - колонии. Способность вызывать такие пятна и размножаться при повторных посевах дали основание считать его живым корпускулярным агентом. Д'Эрелль назвал его Bacteriophagum intestinale, т. е. выделенный из кишечника пожиратель бактерий. Последующие наблюдения показали, что бактериофаги распространены повсеместно. Они встречаются всюду, где есть бактерии - в почве, воде, кишечном тракте человека и животных, гнойных выделениях и т. п. Особенно много фагов в сточных водах; из этого источника можно выделить практически любой фаг. Поскольку естественной средой обитания любого фага является микробная клетка, жизнь фагов связана с бактериями. В период между 1920 и 1940 гг. было проведено очень много работ, посвященных изучению возможности применения бактериофагов с терапевтической целью. В большинстве случаев результаты оказались сомнительными или неутешительными, но при некоторых заболеваниях, например при холере, удалось получить терапевтический эффект. С открытием более действенных химиотерапевтических препаратов интерес к применению фага значительно уменьшился. Первоначальные надежды на эффективность применения фага в медицине послужили стимулом для проведения многих ценных работ, касающихся специфичности, иммуногенности, стабильности и изменчивости, а также других свойств бактериофагов. В списке литературы по фагу значатся имена многих известных бактериологов и иммунологов — Борде. Круц, Дёрр, А. Флеминг, Одюруа, Левадити, Праусниц, Топлн, но лишь немногие ученые посвятили всю свою деятельность изучению фагов. Кроме ДЭрелля, это были Ашешов. Бронфенбреннер, Флу, Грациа, Е. Вольман и Е. Вольман (старшие). Эти ученые, интересовавшиеся биологией бактериофагов и возможностью их практического применения, внесли большой вклад в учение о фагах. Затем изучением фага занялись ученые, которые сочетали в своей работе биологическую «интуицию» с применением современных количественных методов исследования: Бернет, Шлезингер, Эндрьюс. Теория происхождения В своей первой работе Туорт (1915), рассматривая природу открытого им тогда еще не имевшего названия литического фактора, задавался вопросом — подобен ли этот фактор бактериям, простейшим или фильтрующимся вирусам; не является ли он фильтрующейся стадией жизненного цикла пораженного микрококка или, быть может, это бактериальный фермент, образующийся аутокаталитически при разрушении продуцирующего его микроорганизма. Ряд более тщательно разработанных гипотез приведен в к ниге ДЭрелля (1926). Из них только две сохранили свое значение до настоящего времени: «теория предшественника» и «теория вируса». Живая полемика между сторонниками этих двух теорий длилась много лет; она явилась стимулом для проведения многочисленных экспериментальных работ и породила специальную терминологию. Согласно теории предшественника, бактериофаги возникают эндогенно: они существуют в бактериях в виде предшественников, которые спонтанно или под влиянием какого-то воздействия превращаются в характерные литические вещества, подобно тому как трипсиноген превращается в трипсин. Эту теорию поддерживали Гильдемейстер (1921), Борде (1925), Нортроп (1939а), Крюгер и Скрибнер (1939), а также Феликс (1953). В большинстве случаев экспериментальное подтверждение этой точки зрения получали при изучении лизогенных бактерий, что и будет рассмотрено ниже. Согласно вирусной теории, бактериофаги, подобно вирусам растений и животных, представляют собой автономные микроорганизмы, которые являются облигатными паразитами бактерий. Этой теории придерживался Д'Эрелль в самом начале своих исследований, и ее принимали как нечто само собой разумеющееся большинство вирусологов, когда-либо изучавших биологию вирусов. Однако в свете современных данных эта концепция, по сути дела, мало дает, так как в применении к вирусам такие термины, как автономность и паразитизм, трудно поддаются определению. Ниже представлены некоторые современные взгляды, связанные с этими двумя теориями происхождения фагов. Как часто случается в развитии любой науки, и здесь оказалось, что каждая из конкурирующих гипотез, сама по себе неполноценная, несет в себе зерно истины. Современные представления о природе бактериофага сложились на основе синтеза старых и новых, недавно разработанных положений. Подобно тому как типичная бактерия может существовать в состоянии споры и в вегетативном состоянии, типичный бактериофаг может существовать в трех состояниях профага, вегетативного фага и зрелого фага. В зрелом состоянии фаги существуют вне клетки - хозяина, метаболически они инертны и несколько напоминают споры бактерий. После адсорбции на клетке-хозяине часть фаговой частицы проникает внутрь клетки, где начинает размножаться. Такая размножающаяся внутри клетки частица отличается во многих отношениях от зрелого фага; ее называют вегетативным фагом вследствие присущей ей почти безграничной способности к воспроизведению. Некоторые фаги, названные умеренными, характеризуются способностью существовать в третьем состоянии, а именно в состоянии профага. Инфицируя чувствительную бактериальную клетку, зрелая частица умеренного фага может переходить либо в вегетативное состояние, ведущее к разрушению клетки - хозяина, либо в состояние профага, который входит в наследственно закрепленные симбиотические взаимоотношения с клеткой-хозяином, известные под названием лизогении. Мы говорим здесь о симбиозе, а не о паразитизме, так как легко заметить, что лизогения способствует выживанию и фага, и клетки - хозяина. Признание того факта, что умеренные фаги способны существовать в трех различных состояниях, служит основой для объединения теории предшественника и теории вируса. Эндогенный предшественник в лизогенных бактериях — это по сути дела профаг определенного умеренного фага. Возможность такого объединения противоположных взглядов ясно предвидели Вернет и Мак-Ки (1929). Правда, остается невыясненным, в какой степени теория предшественника приложима к объяснению инфекции экзогенными фагами. Недавно проведенные исследования установили выраженное сходство между физическими, химическими и биологическими свойствами бактериофагов и других вирусов. Благодаря этому сходству бактериофаги часто использовались в качестве модели вирусов животных, как это и было, например, в работах по изысканию противовирусных антибиотиков. Хотя до некоторой степени это было оправдано, вряд ли можно проводить подобную аналогию дальше. Судя по данным, изложенным ниже, вполне возможно, что бактериофаги и другие вирусы произошли от совершенно разных предков. Тому факту, что в известных нам бактериофагах содержится ДНК, тогда как в некоторых типичных вирусах растений и животных содержится РНК, следует, пожалуй, придавать больше значения, чем упомянутому выше, скорее случайному, сходству между бактериофагами и вирусами. В настоящее время общепризнано, что фаги образуют группу весьма разнообразных по своим свойствам специфических бактериальных вирусов — ультрамикробов, претерпевших длительную эволюцию, связанную с адаптацией и специализацией. Сам Д'Эрелль не полностью разделял эту точку зрения; он считал, что все бактериофаги относятся к одному виду, хотя и представленному большим числом разнообразных форм. Утверждая это, Д'Эрелль и многие другие противники вирусной теории игнорировали или отрицали наиболее веские доводы этой теории, вследствие чего, к сожалению, основные исследования по фагам в течение 10 или более лет оказались бесплодными. В открытом Д’Эреллем литическом цикле столь ярко выявилась активность бактериофагов, что другие их свойства почти не изучались. И лишь в последние годы, с открытием нелитической фазы фага, в изучении фагов появилось новое направление. Не-которые штаммы бактериофага, попадая в чувствительную культуру бактерий, способны вступать с ней в тесные симбиотические отношения, при которых клетка-хозяин продолжает размножаться, неся в себе вирус в неинфекционном состоянии на протяжении бесконечного числа делений. Это тонко уравновешенная фаза размножения вируса, во время которой инфицированная клетка-хозяин и находящийся в ней профаг размножаются с одинаковой скоростью; данное явление получило название «лизогенности», или «лизогении». Теперь считают, что инфицирование, приводящее к лизогенности, вызывает модификацию генетического аппарата бактериальной клетки и часто приводит к изменению свойств бактерий; в качестве примера укажем на превращение авирулентного штамма дифтерийной бактерии в высокотоксигенный под влиянием заражения соответствующим фагом. При определенных условиях некоторые бактериофаги поражают и убивают чувствительные бактерии, не вызывая лизиса и не размножаясь. В этом случае фаговая частица ведет себя как антибиотик, а не как вирус. Некоторые антибиотики, продуцируемые бактериями, например колнцины и пиоцины, действительно по ряду свойств напоминают бактериофаги.

8 Морфология плесневых грибов и дрожжей.Классификация грибов.

Дрожжи и дрожжеподобные грибы представлены отдельными овальными клетками, морфологически сходными между собой, что делает невозможной их дифференцировку между собой с помощью микроскопии, дрожжи размножаются только почкованием, а дрожжеподобные грибы обычно размножаются почкованием, но иногда образуют псевдомицелий. Почкованию предшествуют лизис участка клеточной стенки и выпячивание фрагмента цитоплазмы. Затем в ядре материнской клетки происходит митоз, и образовавшееся новое ядро переносится в отпочковывающийся фрагмент цитоплазмы. В последующем между материнской клеткой и почкой образуется перегородка, восстанавливающая целостность клеточных стенок и изолирующая дочерние клетки — бластоконидии, или бластоспоры (рис. 2-8). На питательных средах дрожжи и дрожжеподобные грибы образуют блестящие, выпуклые колонии, напоминающие колонии бактерий. Дрожжи. Дрожжеподобные грибы. Бластоконидии. Плесневые грибы. Рост плесневых грибов. Диморфизм грибов. Рис. 2-8. Образование бластоконидии у дрожжей и дрожжеподобных грибов. Плесневые грибы. Рост плесневых грибов. Плесневые грибы растут в виде переплетающихся трубок — гиф. Структурной вегетирующей единицей плесневого гриба является именно гифа [от греч. hypha, паутина] — разветвлённая микроскопическая трубка диаметром 2-10 мкм, содержащая цитоплазму и органеллы. Совокупность гиф обозначают термином мицелий [от греч. mykes, гриб, + helos, нарост]. Образование мицелия— отличительный признак истинных грибов (Eumycota). Гифы высших грибов содержат перегородки (септы), разделяющие их на отдельные клетки. Септы имеют отверстия, позволяющие цитоплазме и некоторым органеллам перетекать из одной клетки в другую. Гифы низших грибов перегородок не имеют, и такие гифы называют ценоцитными, или асептирован-ными. Таким образом, в целом плесневой гриб представляет собой ценоцит [от греч. koinos, общий, + kytos, клетка] — обширную территорию цитоплазмы с множеством ядер, располагающуюся в скоплении трубок-гиф. Врастающая в субстрат часть тела гриба, абсорбирующая питательные вещества, — вегетативный мицелий, а растущая на поверхности субстрата часть — воздушный мицелий (рис. 2-9). Воздушный мицелий придаёт поверхности колоний плесневых грибов характерную шерстистую или пушистую фактуру. Нередко воздушный мицелий образуют специализированные гифы, несущие репродуктивные структуры — спорофоры, которые подразделяют на кони-дио- и спорангиофоры, используя их морфологические признаки для дифференцировки отдельных родов (см. ниже). Вегетативный мицелий утилизирует необходимые питательные вещества и источники энергии из субстрата. У некоторых видов в его состав входят специализированные гифы: спираль-ноизвитые, ризоформные (напоминающие корни), чётковидные, роговидные (напоминающие оленьи рога) и др. Дрожжи. Дрожжеподобные грибы. Бластоконидии. Плесневые грибы. Рост плесневых грибов. Диморфизм грибов. На основании типов полового процесса, характера жгутикования у подвижных стадий (зооспор и гамет), развития спор полового размножения и других признаков грибы подразделяют на основные классы. Хитридиомицеты (Chytridiomycetes). Мицелий этих грибов развит слабо или отсутствует. Зооспоры и гаметы с одним задним бичевидным жгутиком. Гифохитриомицеты (Hyphochytriomycetes). Мицелий развит слабо или отсутствует. Зооспоры и гаметы с одним передним перистым жгутиком. Оомицеты (Oomycetes). Мицелий хорошо развит. Неклеточный. Зооспоры с двумя неодинаковыми жгутиками — перистым и бичевидным. Половой процесс — оогамия. Зигомицеты (Zygomycetes). Мицелий хорошо развит, за немногими исключениями неклеточный. Подвижные стадии отсутствуют. Бесполое размножение у большинства видов с помощью неподвижных спорангиеспор, образуемых внутри спорангиев. Реже — с образованием конидий. Половой процесс — зигогамия (слияние двух гаметангиев, по строению хорошо отличимых от вегетативных гиф, на которых они образуются). Аскомицеты (Ascomycetes). Мицелий хорошо развит, клеточный. Подвижных стадий нет. Бесполое размножение с помощью конидий. Половой процесс — гаметангиогамия. Споры полового размножения образуются эндогенно, в сумках. Базидиомицеты (Basidiomycetes). Мицелий хорошо развит, клеточный (обычно дикарионтичный). Подвижных стадий нет. Бесполое размножение с помощью конидий. Половой процесс — соматогамия. Споры полового размножения образуются экзогенно, на базидиях. Дейтеромицеты, или несовершенные грибы (Deuteromycetes, Fungi imperfecti). Мицелий хорошо развит, клеточный. Размножение только вегетативным и бесполым путем, в последнем случае с помощью конидий. Половой процесс отсутствует. Группа находится в стадии становления, связана по происхождению преимущественно с двумя предыдущими классами. Большинство грибов имеет микроскопические размеры. В природе они растут на естественных субстратах — в воде, в почве, на растительных остатках, на живых растениях и животных и т.д. Такие грибы часто нельзя обнаружить невооруженным глазом или же мы видим их как мелкие дернинки, пятна или налеты различной окраски. Зато мы часто встречаем результаты их деятельности, например патологические изменения у растений или животных, повреждение или разрушение различных материалов и изделий и т.п. Такие грибы, имеющие микроскопически малые размеры, называют микромицетами. У многих грибов, различных по морфологии и систематическому положению, образуются структуры достаточно крупных размеров, хорошо видимые невооруженным глазом. Это плодовые тела и массивные сплетения мицелия — стромы и маты. Плодовые тела состоят из сплетения гиф — плектенхимы, на них или внутри них развиваются споры полового размножения, а на стромах образуются конидиальные спороношения или мелкие плодовые тела. На мицелиальных матах могут развиваться плодовые тела. Группу грибов с крупными плодовыми телами часто называют макромицетами.

Конечно, деление грибов на макромицеты и микромицеты очень условно, так как основную часть тела тех и других составляет микроскопический мицелий (грибница), обычно не видимый визуально.

Большинство макромицетов относится к классу базидиомицетов (группы порядков гименомицеты и гастеромицеты, подкласс гетеробазидиомицеты). Из класса аскомицетов к макромицетам относятся многие представители порядков Пецицевых (Pezizales), Гелоциевых (Helotiales), Трюфелевых (Tuberales), а также некоторые грибы с крупными стромами из порядков Гипокрейных (Hypocreales) и Сферейных (Sphaeriales).

9 морфология актиномицетов и их значение

Морфологическая характеристика грибов

Грибы и простейшие имеют четко ограниченное ядро и относятся к эукариотам. Грибы крупнее бактерий, в эволюционном плане близки к растениям (наличие клеточной стенки, содержащей хитин или целлюлозу, вакуолей с клеточным соком, неспособность к перемещению, видимое движение цитоплазмы). Ядерный материал грибов отделен от цитоплазмы ядерной мембраной. Дрожжевые грибы образуют отдельные овальные клетки. Плесневые грибы формируют клеточные нитеподобные структуры- гифы. Мицелий - переплетение гифов- основная морфологическая структура. У низших грибов мицелий одноклеточный, не имеет внутренних перегородок (септ). Грибы размножаются половым и бесполым (вегетативным) способом. При вегетативном размножении образуются специализированные репродуктивные структуры- споры- конидии. Они могут располагаться в специализированных вместилищах- спорангиях (эндоспоры) или отшнуровываться от плодоносящих гиф (экзоспоры). Реже наблюдают образование спор внутри клеток (оидии), являющихся сегментами гиф. Дрожжевые клетки размножаются почкованием, мицелий не образуют. Половое размножение включает взаимодействие специализированных клеток, имеющих существенные различия в морфологии у различных грибов и часто используемых как дифференциально- диагностический признак.Для большинства видов грибов, имеющих медицинское значение, характерно наличие конидий (или экзоспор), являющихся формами неполового размножения. Их классификация во многом основывается на морфологических формах конидий. Их наиболее частые формы- бластопоры, хламидоспоры, артроспоры, конидиоспоры.Бластоспоры - простые структуры, котрые образуются в результате почкования, с последующим отделением почки от родительской клетки, например у дрожжевых грибов.Хламидоспоры образуются в результате увеличения гифальных клеток с образованием толстой оболочки, защищающей споры от неблагоприятных условий окружающей среды.Артроспоры - споры, образующиеся путем фрагментации гиф на отдельные клетки. Они встречаются у дрожжеподобных грибов, возбудителя кокцидиоидоза, тканевых форм дерматофитов в волосе, кожных чешуйках и в ногтях.Конидиоспоры- зрелые наружные споры, возникающие на дифференцированных конидиофорах (конидионосцах), отличающихся от других нитей мицелия по форме и размерам (у аспергилл, пеницилл) или располагающиеся по бокам и на концах любой ветви мицелия, прикрепляясь к ней непосредственно или тонкой ножкой.К эндоспорам совершенных грибов относятся спорангиоспоры мукоровых грибов, развивающихся в специальных органах (спорангиях), располагающихся на вершине спорангиеносца. Споры освобождаются при разрыве стенки спорангия.Эндоспоры обнаруживают также у тканевых форм возбудителей кокцидиоидоза. Они развиваются в круглых образованиях - сферулах, при разрыве стенки зрелой сферулы попадают во внешнюю среду.Основное функциональное отличие спор у бактерий и грибов: у бактерий споры обеспечивают переживание в неблагоприятных условиях окружающей среды, у грибов образование спор- способ размножения.

Морфологическая характеристика актиномицетов (лучистых грибов по старым классификациям). Актиномицеты - формы бактерий, имеющие истинный, не имеющий перегородок мицелий. Мицелиальный (в виде ветвящихся нитей) рост этих грамположительных бактерий придает им внешнее сходство с грибами. Это сходство усиливается вследствие наличия у высших форм актиномицетов наружных неполовых спор, которые называются конидиями.В отличие от грибов, актиномицеты имеют прокариотическое строение клетки, не содержат в клеточной стенке хитина или целлюлозы, размножаются только бесполым путем.  У низших актиномицетов мицелий фрагментируется на типичные одноклеточные бактерии. Мицелий актиномицетов подразделяют на субстратный (в субстрате) и воздушный. К мицелиальным бактериям относят микобактерии, рода накардий и актиномицетов, несколько родов высших актиномицет.Представители рода Mycobacterium, в который входят возбудители туберкулеза, являются кислотоустойчивыми микроорганизмами, плохо воспринимающими краски. Их высокая резистентность во внешней среде, кислотоустойчивость и ряд других свойств связан с особым составом клеточной стенки, большим содержанием липидов и воска.У представителей родов Actinomyces и Nocardia мицелий выражен в значительно большей степени, чем у микобактерий, однако в старых культурах они также проявляют тенденцию фрагментироваться на отдельные клетки неправильной формы. Микроорганизмы рода Actinomyces являются анаэробами, Nocardia - аэробами, многие из которых проявляют кислотоустойчивость.Микроорганизмы, относящиеся к высшим актиномицетам (рода Streptomyces, Micromonospora) образуют мицелий и размножаются наружными неполовыми спорами или конидиями. Обычным местом обитания для большинства из них является почва. Однако ряд видов актиномицет и нокардий могут инфицировать раны и вызывать образование абсцессов. Для актиномицетов характерно образование друз - плотных “зерен” в гное, представляющих собой беспорядочно переплетенные в центре нити мицелия с радиально отходящими на периферию колбовидно расширенными на концах “дубинками”. С некоторыми актиномицетами (например, стрептомицетами) связана способность выработки антибиотиков.

10 Вирусы их характеристика. Роль русских ученных в их открытие.

Вирусы – это паразиты, они могут жить и размножаться только в живых клетках. Точнее, клетка сама размножает вирусы за счет своих ферментов, рибосом, исходных веществ и АТФ, а вирус поставляет только НК и в некоторых случаях дополнительные ферменты. Если вирусы выделить в чистом виде, то они существуют в форме кристаллов (у них нет собственного обмена веществ, размножения и других свойств живого). Из-за этого многие ученые считают вирусы промежуточной стадией между живыми и неживыми объектами. Вирусы – это неклеточная форма жизни. Вирусные частицы (вирионы) – это не клетки: вирусы на порядок меньше клеток (размер вируса 0,02-0,5 мкм, клетки прокариот – 0,5-5 мкм, эукариот – 5-50мкм); вирусы гораздо проще клеток по строению – состоят только из НК и белковой оболочки (капсида). Капсид обычно состоит из множества одинаковых молекул белка, способных к самоcборке вокруг вирусной НК. Отличительная особенность вирусов – они содержат либо ДНК, либо РНК. НК может быть: кольцевая или линейная двойная, одинарная плюс-цепь (кодирующая белок), или одинарная минус-цепь (комплементарная кодирующей) Вирусы открыты Д.И.Ивановским (1892 г., вирус табачной мозаики).

Впервые существование вируса (как нового типа возбудителя болезней) доказал в 1892 году русский учёный Д. И. Ивановский. После многолетних исследований заболеваний табачных растений, в работе, датированной 1892 годом, Д. И. Ивановский приходит к выводу, что мозаичная болезнь табака вызывается «бактериями, проходящими через фильтр Шамберлана, которые, однако, не способны расти на искусственных субстратах» . Пять лет спустя, при изучении заболеваний крупного рогатого скота, а именно - ящура, был выделен аналогичный фильтрующийся микроорганизм. А в 1898 году, при воспроизведении опытов Д. Ивановского голландским ботаником М. Бейеринком, он назвал такие микроорганизмы «фильтрующимися вирусами» . В сокращённом виде, это название и стало обозначать данную группу микроорганизмов. В 1901 г. было обнаружено первое вирусное заболевание человека - жёлтая лихорадка. Это открытие было сделано американским военным хирургом У. Ридом и его коллегами. В 1911 г. Фрэнсис Раус доказал вирусную природу рака — саркомы Рауса (лишь в 1966 г, спустя 55 лет, ему была вручена за это открытие Нобелевская премия по физиологии и медицине) . В последующие годы изучение вирусов сыграло важнейшую роль в развитии эпидемиологии, иммунологии, молекулярной генетики и других разделов биологии. Так, эксперимент Херши-Чейз стал решающим доказательством роли ДНК в передаче наследственных свойств. В разные годы еще как минимум шесть Нобелевских премий по физиологии и медицине и три Нобелевских премии по химии были вручены за исследования, непосредственно связанные с изучением вирусов. В 2002 году, в университете Нью-Йорка был создан первый синтетический вирус (вирус полиомиелита) . 1983 год: Люк Мотанье из Института Пастера (Франция) открыл вирус, который считает причиной СПИДа – ВИЧ русский ботаник Д. И. Ивановский установил «фильтруемость» возбудителя мозаичной болезни табака (табачной мозаики) В 1901 г. было обнаружено первое вирусное заболевание человека - жёлтая лихорадка. Это открытие было сделано американским военным хирургом У. Ридом В 1911 г. Фрэнсис Раус доказал вирусную природу рака — саркомы Рауса

11 морфологические особенности риккетсий и микоплазм

Риккетсии и хламидии относятся к классу Rickettsia облигат-ных внутриклеточных паразитов, который делится на два порядка: Rickettsiales и Chlamidiales.

Риккетсии представляют собой мелкие грамотрицательные микроорганизмы, характеризующиеся выраженным полиморфизмом—образуют кокковидные, палочковидные и нитевидные формы (рис. 22). Размеры риккетсии варьируют от 0,5 до 3-4 мкм, длина нитевидных форм достигает 10—40 мкм. Спор и капсул не образуют, окрашиваются по Здродовскому в красный цвет.

Хламидии имеют шаровидную, овоидную или палочковидную форму. Их размеры колеблются в пределах 0,2—1,5 мкм. Морфология и размеры хламидии зависят от стадии их внутриклеточного цикла развития, для которого характерно превращение небольшого шаровидного элементарного образования в крупное инициальное тельце с бинарным делением. Перед делением частицы хламидии обволакиваются образованием, напоминающим бактериальную капсулу. Хламидии окрашиваются"* по Романовскому—Гимзе, грамотрицательны, хорошо видны в прижизненных препаратах при фазово-контрастной микроскопии.

К классу Mollicutes относится только один порядок Mycoplasmatales. Представители этого порядка — микоплазмы—

отличаются от бактерий отсутствием клеточной стенки. Вместо нее они содержат трехслойную липопротеидную цитоплазматическую мембрану. Размеры микоплазм колеблются в пределах 125—250 мкм. Они имеют форму круглых, овальных или нитевидных образований, грамотрицательны.

Программа занятия

Изучение морфологических признаков риккетсии, хламидии и микоплазм. Демонстрация

1. Хламидии е инфицированных клетках эпителия конъюнктивы, мазках-отпечатках из органов и культуры ткани.

2. Электронно микроскопические фотографии риккетсии, хламидии и микоплазм.

Окраска риккетсий по методу Здродовского. 1. Окрашивают мазок разведенным фуксином Циля (10—15 капель на 10 мл дистиллированной воды) в течение 5 мин.

2. Промывают водой

3. Обрабатывают мазок 0,5% раствором лимонной кислоты или 0,01% раствором хлористоводородной кислоты.

4. Промывают водой.

5. Окрашивают метиленовым синим в течение 1 мин.

6. Промывают водой, высушивают препарат.

Рщусетсии по методу Здродовского окрашиваются в красный цвет, цитоплазма клеток, в которых они паразитируют,— в голубой, ядра — в синий.

12 Место внедрения и пути распространения микробов в организме

Возникновение инфекции и ее развитие во многом зависят от реактивности макроорганизма и условий внешней среды. Проникновение возбудителя в организм не всегда приводит к развитию инфекции. Микробы проникают в организм определенными путями, которые называют входными воротами инфекции. Заразное начало чаще попадает в организм через пищеварительный тракт (с кормом и водой) и органы дыхания. Воротами инфекции могут быть также поврежденная кожа, слизистые глаз, мочеполовые пути.

В организме микробы встречают множество естественных преград: неповрежденные ткани, цидные вещества, выделяемые организмом (лизоцим и др.). Часть из них на пути следования погибает; остаются лишь наиболее приспособленные к новым условиям среды. При такой инфекции, как бешенство, возбудитель (вирус) перемещается к месту локализации по нервной ткани (неврогенный путь); если такую же ткань перерезать, заболевания не произойдет.

С пораженной ткани процесс может распространяться на однородную здоровую ткань. Такое явление чаще наблюдается при поражении органов дыхания. Достигнув определенного органа, микробы начинают размножаться: выделяют токсины, образуют капсулы, подавляют защитные силы организма. Органотропность наиболее ярко выражена у возбудителя туберкулеза, местом локализации которого чаще бывает легочная ткань. Для некоторых вирусных инфекций (ящур, оспа) таким местом является эпителиальная ткань. Но это не значит, что возбудитель не попадает в другие ткани. Все органы единого организма связаны между собой, поэтому нарушение функции одного из них ведет к изменению физиологического равновесия всего организма.

В инфекционном процессе ведущая роль принадлежит макро организму. Ко многим инфекциям животные имеют естественный (конституциональный) иммунитет. Например, крупный рогатый скот не болеет сапом лошадей, которые, в свою очередь, нечувствительны к чуме свиней, и т.д. В возникновении инфекции не менее важное значение имеют возраст животного, уровень кормления, зоогигиенические и другие факторы.

Возраст. Реактивность молодых животных низка: они малочувствительны к раздражителям, в их организме недостаточно антител. Телята-сосуны до 3-месячного возраста не болеют бруцеллезом, эмфизематозным карбункулом. Поросята до 2-3-месячного возраста редко заболевают рожей. Но имеются и такие инфекции, которые встречаются главным образом у молодняка животных. Так, телята и молодняк некоторых других видов животных сразу же после рождения могут заболевать эшерихиозом (колибактериозом).

Кормление. Большое значение в борьбе организма с инфекцией имеет кормление, которое должно быть не только достаточным, но и доброкачественным (полноценным). Недостаток протеина, витаминов, макро - и микроэлементов отрицательно сказывается на сопротивляемости организма. При этом нарушается обмен веществ, уменьшается количество иммуноглобулинов (антител). Если в рационе недостает витамина А, то в организме нарушаются окислительные процессы, понижается защитная функция кожных и слизистых покровов. При недостатке витаминов группы В наблюдают подавление фагоцитарной активности лейкоцитов, распространение микробов по организму и т.д. Авитаминоз С ведет к повреждению слизистых оболочек и тем самым открывает путь возбудителям болезней. Высокая продуктивность животных иногда понижает резистентность организма, в связи с чем они бывают склонны к заболеванию туберкулезом и другими инфекциями.

Зоогигиенические условия. Повышенная влажность, содержание в воздухе взвешенных частиц корма, образование ядовитых продуктов распада белка (аммиак) и других веществ, плохая вентиляция - все это понижает сопротивляемость организма, открывает "ворота" для возбудителей болезней и способствует поражению органов дыхания, пищеварения, кожи. Чем больше скученность животных, тем вероятнее контакт между ними, а следовательно, выше процент случаев кожных и других заболеваний.

Влияние физических факторов. Резкое изменение температуры, переохлаждение или перегревание организма также понижают его резистентность и создают благоприятные условия для развития патогенных микроорганизмов. Значение температуры в возникновении инфекции можно продемонстрировать на таком примере. Куры обычно не болеют сибирской язвой, так как температура их тела 42°С неблагоприятна для развития возбудителя. Но если организм курицы охладить путем погружения ее конечностей в холодную воду (по Л. Пастеру) и в это же время ввести возбудителя болезни (сибирской язвы), то птица заболеет. Данный пример показывает, что в возникновении и развитии инфекции большую роль играет влияние физических факторов на организм животного.

Формы инфекции. Та инфекция, при которой микробы размножаются в крови, а следовательно, проникают во все органы и ткани, называется септицемией. Она протекает быстро и обычно заканчивается смертью. Форма инфекции, при которой кровь служит только для переноса микробов, а размножение их происходит в других тканях, называется бактериемией. Если микробы, размножаясь в поврежденной ткани, образуют токсины, которые затем попадают в кровоток, то такая форма инфекции называется токсемией.

Взаимоотношения между микро - и макроорганизмом. Между микро - и макроорганизмом в инфекционном процессе существуют сложные взаимоотношения, что является результатом их приспособления. Они обусловлены количеством и вирулентностью микробных клеток, резистентностью макроорганизма, которая, в свою очередь, зависит от многих других факторов. Для развития инфекционного процесса и проявления симптомов болезни необходимы определенное количество микробных клеток и благоприятная среда. Многие животные являются носителями патогенных микробов без проявления признаков болезни. В невосприимчивом организме микробы не находят себе оптимальных условий и большинство из них погибает. Скорость развития инфекционного процесса связана с местом внедрения возбудителя: чем он ближе к участку обычной локализации, тем быстрее возникает болезнь. Так, при туберкулезе инфекционный процесс быстро развивается, если возбудитель попадает в легкие, при бешенстве - в нервную ткань, ближе к головному или спинному мозгу.

Динамика инфекционного процесса. Инфекция начинается после проникновения возбудителя в макроорганизм. Она представляет собой динамичный процесс. В нем различают несколько периодов (инкубационный, продромальный, клинический, реконвалесценции, или выздоровления), границы между которыми не всегда можно установить.

Период от внедрения микроба до появления клинических признаков называют инкубационным. В это время происходят адаптация микроорганизма к новой среде, выделение им продуктов жизнедеятельности, подавление защитных сил и нарушение физиологических процессов в макроорганизме. Он протекает без видимых клинических признаков и может длиться от нескольких часов до нескольких месяцев. Так, при сибирской язве инкубационный период не превышает 14 дней, но чаще бывает более коротким (1 - 3 дня), при ящуре признаки болезни могут появиться в течение первых суток или через 11 дней, при бешенстве скрытый период более продолжительный - от нескольких недель до нескольких месяцев, а иногда до года.

Длительность инкубационного периода зависит от количества возбудителя, его вирулентности, места внедрения и защитных сил макроорганизма. Знание инкубационного периода имеет практическое значение в борьбе за жизнь макроорганизма, в профилактике заболеваний здоровых животных, поскольку при многих инфекциях заразное начало выделяется в окружающую среду. По продолжительности инкубационного периода определяют срок карантина.

Типичные признаки болезни появляются не сразу, им предшествуют общие симптомы: незначительное повышение температуры, слабое угнетение, отказ от корма. Это период предвестников, или продромальный. Продолжительность этого периода невелика и целиком зависит от макроорганизма. При упадке сил и понижении резистентности организма животного появляются видимые признаки. Они характерны для определенной болезни, что позволяет поставить предварительный, а иногда и окончательный диагноз. Клинический период длится от нескольких часов до нескольких лет.

По течению болезни различают острые и хронические формы. При острых формах болезни клиника бывает яркой и непродолжительной, при хронических - инфекционный процесс имеет длительное течение и не всегда заканчивается смертью. При этом в организме происходят глубокие изменения, а возбудитель с секретами выделяется во внешнюю среду и может быть причиной заболевания других животных.

13 химический состав микробов

По химическому составу микроорганизмы мало отличаются от других живых клеток. Значительную часть клетки составляет вода: 70—85% от общей массы. Значение воды в жизнедеятельности клетки огромно. В ней растворяются различные химические вещества, диссоциируют электролиты, формируются коллоиды. Поэтому микробы могут расти и размножаться только в питательных средах, содержащих воду. Сухой остаток микробной клетки составляет 15—30%. Из них 90—97% приходятся на долю элементов — органогенов: углерода (50%), кислорода (30%), азота (12%), водорода (8%). Процент остальных зольных элементов, например натрия, калия, кальция, фосфора, железа, магния и др., составляет 3—10. Относительная плотность микробной клетки 1,055. Большинство микроорганизмов имеет отрицательный электрический заряд, а спирохеты — положительный.Органические вещества представлены в клетке в основном белками, углеводами, жирами, нуклеиновыми кислотами: ДНК и РНК. Общее количество органических веществ может значительно колебаться в зависимости от среды обитания (от 40 до 90%) .Белки составляют основную часть органических веществ в клетке (40—80%) и определяют важнейшие биологические свойства микроорганизмов. Это простые белки— протеины и сложные — протеиды. Белки построены из аминокислот, состав которых характерен для различных видов микроорганизмов. Большое значение имеют нуклеопротеиды, представляющие соединения белка с нуклеиновыми кислотами: ДНК и. РНК. Наряду с ними в клетке встречаются гликопротеиды, липопротеиды, хромопротеиды.Углеводы являются наиболее вариабельной частью клетки (10—30%), и состав их различен не только у разных видов, но даже у штаммов бактерий. Он зависит от возраста и условий развития микробов. Бактерии содержат простые углеводы — моно- и дисахариды, комплексные углеводы — полиозиды и большие углеводные макромолекулы — полисахариды. Углеводы выполняют в клетке пластическую роль, имеют большое значение как источник энергии, необходимой для обменных процессов. У некоторых микроорганизмов, например пневмококков, полисахаридный состав капсул настолько специфичен, что определение его позволяет разграничить отдельные типы внутри вида. В настоящее время раскрыты и изучены полисахаридные комплексы большинства кишечных бактерий, менингококков, пневмококков и многих других микроорганизмов.Большое значение имеют также комплексные углеводы, содержащие азот. Например, глюкозамин, входящий в состав клеточной стенки бактерий, определяет ее форму.Липиды состоят в основном из нейтральных жиров, фосфолипидов и свободных жирных кислот. Количество их.зависит от возраста культуры и вида микроорганизма. Например, у микобактерий туберкулеза количество липидов достигает 40%. Фосфолипиды являются составной частью цитоплазматической мембраны. Липиды также входят в комплекс веществ, образующих клеточные стенки бактерий, особенно грамотрицательных, и определяющих токсические свойства микроорганизмов. Количество-липидов в клетке колеблется от 1 до 40%Нуклеиновые кислоты — дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК) являются важнейшей составной частью клетки. В ДНК бактерий зашифрована вся наследственная информация клетки, а РНК участвует в процессах считывания этой информации, передачи и синтеза белка. Количество нуклеиновых кислот достигает 5—30%.В состав бактерий входят также сложные небелковые азотистые вещества: различные пурины, полипептиды, аминокислоты.Минеральный состав микроорганизмов различен и меняется в зависимости от состава питательной среды. Основные элементы, необходимые для жизнедеятельности клетки,— натрий, калий, фосфор, кальций, магний, железо, медь, сера, хлор, кремний. Фосфор, например, входит в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, многих коферментов. Некоторые фосфорорганические соединения являются своеобразными аккумуляторами энергии, например аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). Железо — обязательная часть дыхательных ферментов клетки. Медь содержится в некоторых дыхательных ферментах. Натрии играет роль в поддержании осмотического давления в клетке.

14 ферменты микроорганизмов

Ферменты микроорганизмов и их классификация. Использование ферментов микробов в практической деятельности человека. Ферменты — биологические катализаторы. Они катализируют тысячи химических реакций, из которых слагается метаболизм микроорганизма. В настоящее время известно около двух тысяч ферментов. Ферменты представляют собой белки с i молекулярной массой от 10000 до нескольких миллионов. Название ферменту дается по веществу, на которое он действует с изменением окончания на «аза». Например, целлюлаза катализирует гидролиз целлюлозы до целлобиозы, уреаза катализирует гидролиз мочевины (urea) до аммиака и С02 и т. п. Однако чаще фермент получает название, которое указывает на природу катализируемой,йм химической реакции. Ферменты синтезируются самой микробной клеткой и имеют сложное строение. Некоторые состоят из белка – протеина, а другие представляют собой протеиды, состоящие из белка – апофермента и структуры небелковой природы – кофермента. В этом случае апофермент соединяется с активной группой изменяемого вещества, а кофермент способствует течению реакции. Современная классификация ферментов также строится с учетом природы катализируемых ими реакций. Согласно разработанной комиссией по ферментам Международного биохимического союза классификации, они подразделяются на шесть главных классов. Оксидоредуктазы — это ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции. Они играют большую роль в процессах биологического получения энергии. К ним относятся дегидрогеназы (НАД, НАДФ, ФАД), цитохромы (Ь, с, сь а, а), ферменты, участвующие в переносе водорода, электронов и кислорода, и др. Трансферазы катализируют перенос отдельных радикалов, частей молекул или целых атомных группировок от одних соединений к другим. Например, ацетилтрансферазы переносят остатки уксусной кислоты — СН3СО, а также молекул жирных кислот; фосфотрансферазы, или киназы, обусловливают перенос остатков фосфорной кислоты Н2Р 0 3 2 _. Известны многие другие трансферазы (аминотрансферазы, фосфорилазы и т. д.). Гидролазы катализируют реакции расщепления и синтеза таких сложных соединений, как белки, жиры и углеводы, с участием воды. К этому классу относятся протеолитические ферменты (или пептидгидролазы), действующие на белки или пептиды; гидролазы глюкозидов, осуществляющие каталитическое расщепление углеводов и глюкозидов (р-фруктофуранозидаза, а-глюкозидаза, а- и р-амилаза, р-галактозидаза и др.); эстеразы, катализирующие расщепление и синтез сложных эфиров   (липазы, фосфатазы). Лиазы включают в себя ферменты, катализирующие отщепление от субстратов определенных химических групп с образованием двойных связей или присоединение отдельных групп или радикалов к двойным связям. Так, пируватдекарбоксилаза катализирует отщепление С02 от пировиноградной кислоты. К лиазам относится также фермент альдолаза, расщепляющий шестиуглеродную молекулу фруктозо-1,6-дифосфата на два трех-углеродных соединения. Альдолаза имеет большое значение в процессе обмена веществ. Изомеразы осуществляют превращение органических соединений в их изомеры. При изомеризации происходит внутримолекулярное перемещение атомов, атомных группировок, различных радикалов и т. п. Изомеризации подвергаются углеводы и их производные, органические кислоты, аминокислоты и т. д. Ферменты этой группы играют большую роль в ряде процессов метаболизма. К ним относятся триозофосфатизомераза, глюкозофосфатизомера-за и др. Лигазы катализируют синтез сложных органических соединений из простых. Например, аспарагинсинтетаза осуществляет синтез амида аспарагина из аспарагиновой кислоты и аммиака с обязательным участием аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), дающей энергию для этой реакции. К группе лигаз относятся также карбоксилазы, катализирующие присоединение С02 к различным органическим кислотам. Например, фермент пируваткарбоксилаза катализирует синтез щаве-левоуксусной кислоты из пировиноградной и С02. Каждый класс ферментов обозначается цифрами. Первая цифра означает класс фермента; вторая – подкласс, указывающий соединение, на который действует фермент; третья – подподкласс; четвёртая – номер фермента. Все цифры разделяются точками. Так, каталаза обозначается 1.11.1.6. Для определения вида микроорганизма пользуются определением у него наличия или отсутствия ферментов класса гидролаз. Ферменты нашли широкое применение в пищевой промышленности и в меньшей степени в других видах производства. Дело  в  том, что иммобилизованные ферменты и клетки в основном используют в получении пищевых продуктов и в меньшей степени фармацевтических препаратов. Такое ограничение вызвано весьма малой доступностью  (в широких масштабах)  ферментов, способных катализировать реакции технологической значимости, на пример, в органической или неорганической химии, нефтехимии, полимерной химии, фармацевтической промышленности и т. д. Напротив, традиционное использование растворимых ферментов в пищевой промышленности создало определенный фундамент для дальнейшего совершенствования методов в этой области.

15 дыхание микробов

Дыхание у микробов рассматривается как энергетический процесс или как совокупность различных химических реакций, окисления и расщепления веществ органического и неорганического происхождения. В результате этих химических реакций освобождается энергия, которая используется микробами для усвоения питательных веществ, синтеза бел кон их тела, движения, роста, размножения и других отправлений живого организма.

Примером высвобождения энергии может служить окисление глюкозы, которое можно выразить следующим у соединением:

С6 Н2О + 6 О 2 6 Н2О+ 6СО2 + 674 ккал.

Как видно из уравнений, в результате полного окисления одной молекулы глюкозы до конечных продуктов (воды и углекислого газа) выделяются 674 большие калории тепла.

Энергетический процесс дыхания у микробов протекает значительно сложнее и зависит от характера используемого питательного материала.

По типу дыхания микробов делят на аэробов и анаэробов, имеются микробы и с переходным типом дыхания.

Аэробы могут жить и развиваться при свободном доступе кислорода воздуха. Необходимую энергию для жизненных процессов они получают путем, поглощения кислорода и окисления питательных материалов.

Анаэробы способны развиваться без доступа кислорода. Свободный кислород воздуха на этих микробов оказывает вредное, губительное влияние. Строгие (облигатные) анаэробы (столбнячная палочка, возбудитель маслянокислого брожения) совсем не переносят кислорода. Необходимую энергию они получают путем расщепления органических веществ углеводов, белков, жиров, органических кислот, спиртов.

Факультативные анаэробы используют те же вещества, но применительно к условиям своего существования могут изменять анаэробный тип своего дыхания на аэробный. Так, дрожжи верхового брожения "при ограниченном притоке воздуха разлагают сахар на спирт и углекислоту; при обильной аэрации у них возникает аэробное дыхание с полным окислением сахара до углекислоты и воды. Молочнокислые бактерии в анаэробных условиях превращают глюкозу в молочную кислоту, при этом энергии освобождается несколько меньше, чем у аэробов. При недостатке кислорода денитрифицирующие бактерии пользуются для окисления органических соединений кислородом нитратов.

Приведенные примеры показывают разнообразие источников энергии и способов ее получения разными видами микробов; в силу этих причин у бактерий нет и быть но может единого механизма дыхания.

16 питание микробов

Способы питания. Микроорганизмы, как и все другие живые существа, нуждаются в пище. Последняя поступает в их клетки из внешней среды. Пищей обычно называются вещества, которые, попав в живой организм, служат либо источником энергии для процессов жизнедеятельности, либо материалом для построения составных частей клетки.

Свою потребность в питательных веществах микроорганизмы могут удовлетворять или непосредственно усваивая их, или предварительно изменяя и делая их доступными для использования. Известны два способа питания живых существ — голозойный и голофитный.

При голозойном способе питания живой организм захватывает или заглатывает плотные частицы пищи, которая затем переваривается в пищеварительном тракте. Этот способ питания характерен для животных (от высших до простейших).

При голофитном способе питания живые существа, не имеющие специальных органов для заглатывания и пищеварения, используют питательные вещества, всасывая их в виде относительно небольших молекул из водного раствора. Этот способ питания свойствен растениям и микроорганизмам.

Большинство органических соединений представляет собой полимеры (например, полисахариды и белки), они не могут быть поглощены и использованы непосредственно в обмене веществ; клетки. Такие вещества вначале должны быть расщеплены на простые соединения, для которых клеточная мембрана проницаема. Крупные молекулы расщепляются экзоферментами, которые экскретируются клетками микроорганизмов в среду. Это так называемое внешнее, или внеклеточное, переваривание, свойственное только микроорганизмам.

Поступление питательных веществ в клетку микроорганизма.

Поступление воды и растворенных в ней питательных веществ из окружающей среды внутрь микробной клетки, а также выход продуктов обмена происходит через клеточную стенку, капсулу и слизистые слои. Капсула и слизистые слои представляют собой достаточно рыхлые образования, и они, возможно, не оказывают значительного влияния на транспорт веществ, тогда как клеточная стенка может служить существенным барьером для поступления питательных соединений в клетку.

Активная роль в процессе поступления в клетку питательных веществ принадлежит также цитоплазматической мембране. Последняя должна быть проницаемой для питательных веществ и кислорода, поступающих в клетку, а также для отбросов, выходящих наружу, что обеспечивает нормальную жизнедеятельность клетки микроорганизма. Поступление воды и растворенных в ней веществ через цитоплазматическую мембрану — динамический процесс: живая микробная клетка никогда не находится в равновесии с веществами окружающей среды, проходящими через ее мембрану.

Выделяют четыре различных механизма, с помощью которых вещества из окружающей среды проходят через цитоплазматическую мембрану: пассивную диффузию, облегченную диффузию, активный транспорт и перенос групп.

При Пассивной диффузии транспорт вещества происходит через цитоплазматическую мембрану под действием разности концентраций (в случае неэлектролитов) или электрических потенциалов (в случае ионов) по обе стороны мембраны. Экспериментами показано, что, за исключением воды, только кислород и некоторые ионы проходят через цитоплазматическую мембрану путем пассивной диффузии. Скорость такого переноса веществ весьма незначительна.

Транспорт большинства растворенных веществ осуществляется через мембрану с помощью специальных механизмов переноса. Это молекулы-переносчики, циркулирующие между внешним и внутренним пограничными слоями цитоплазматической мембраны. Считают, что эти расположенные в мембране переносчики связывают молекулы растворенных веществ на ее внешней стороне и транспортируют их к внутренней, откуда они поступают в цитоплазму без изменения. Такие связанные с цитоплазматической мембраной переносчики, представляющие собой субстратспецифические связывающие белки, называются пермеазами. Известны два типа процессов транспорта растворенных веществ, осуществляемых переносчиками. Первый тип — облегченная диффузия. Движущей силой этого процесса является разница в концентрации какого-либо вещества по обе стороны мембраны. Молекула вещества соединяется с молекулой - переносчиком у наружной поверхности мембраны, и образовавшийся комплекс диффундирует через мембрану к ее внутренней стороне. Там он диссоциирует, и освобожденное вещество оказывается внутри клетки.

Затем переносчик диффундирует обратно к наружной поверхности и сразу может присоединить к себе другую молекулу вещества. Облегченная диффузия не требует расхода энергии, если наружная концентрация вещества выше внутренней, и вещество, таким образом, перемещается «вниз» по химическому градиенту. Скорость ее зависит от концентрации веществ в наружном растворе. Предполагают, что выход продуктов обмена веществ из микробной клетки происходит по типу облегченной диффузии при участии переносчиков.

Второй тип называется Активным транспортом. В этом случае растворенные вещества переносятся в клетки микроорганизмов «вверх» по химическому градиенту (или против градиента концентрации). Считают, что большинство веществ проникает в клетку микроорганизма в результате активного транспорта. Такой транспорт веществ нуждается в энергии (АТФ), получаемой в результате дыхания или брожения. Необходимость использования энергии для поддержания активного транспорта объясняется теми изменениями, которые претерпевает переносчик в своей работе, — когда обращен к внешней стороне мембраны, он обладает высоким сродством к субстрату, а когда обращен к ее внутренней поверхности — низким сродством к субстрату. Возможность транспортировать вещества против градиентов концентрации часто используется клетками бактерий для получения этих веществ из окружающей среды, где их концентрация очень мала, что обычно для природных условий. При отсутствии источников энергии накопления веществ внутри цитоплазмы не происходит.

Подсчитано, что перенос молекулы тиогалактозида через цитоплазматическую мембрану кишечной палочки (Escherichia coli) требует затраты одной молекулы АТФ. Предполагая, что активный перенос других соединений связан с подобным же расходом АТФ, можно считать, что растущий и размножающийся микроорганизм потребляет значительное количество энергии на транспорт веществ в клетку. В отдельных случаях на активный транспорт может затрачиваться почти вся энергия, вырабатываемая в микробной клетке.

Количество пермеазных белков в цитоплазматической мембране микроорганизмов может быть значительным. Так, на одну клетку кишечной палочки приходится около 8000 молекул пермеазы, служащей переносчиком лактозы.

У многих микроорганизмов сахара транспортируются в клетку путем переноса групп. Этот процесс отличается от активного транспорта тем, что субстрат появляется внутри бактериальной клетки в химически модифицированной форме — чаще всего в виде фосфатного эфира. Движущая сила рассматриваемого процесса состоит в том, что внутри цитоплазматической мембраны сахар связывается в результате реакции с фосфорилированным ферментом и образующийся в итоге фосфатный эфир освобождается и поступает в цитоплазму. Химическая природа транспортируемого вещества при переносе не изменяется.

Таким образом, пищевые потребности микроорганизмов зависят не только от внутреннего комплекса ферментов, необходимого для утилизации определенных соединений, но и от действия специфического транспортного механизма.

Пищевые потребности микроорганизмов. Основную часть микробной клетки составляет вода (80—90% общей массы клетки). В состав клеток микроорганизмов входят следующие элементы (в % от массы сухого вещества): углерод — 50, кислород — 20, азот—14, водород — 8, фосфор — 3, сера — 1, калий—1, натрий—1, кальций — 0,5, магний — 0,5, хлор — 0,5, железо — 0,2, другие элементы — 0,3. Как видно, некоторые элементы — углерод, кислород и азот — находятся в клетках в больших количествах. Значительно беднее представлены сера и фосфор. Еще меньше содержится калия, натрия, кальция, магния, железа и хлора. В виде следов в состав клетки входят микроэлементы (цинк, медь, кобальт, стронций, марганец и др.).

Для биосинтеза основных макромолекул клетки, из которых формируются клеточная стенка, мембраны, нуклеоид, цитоплазма и другие компоненты, микроорганизмы должны получать в качестве источников питания углерод, азот, фосфор, серу, кислород, железо, кальций, магний, калий, натрий, хлориды и другие элементы в виде более или менее сложных соединений. Микроорганизмы нуждаются также в микроэлементах — марганце, цинке, меди, боре, молибдене, йоде и стронции.

Помимо питательных элементов, используемых для построения структурных частей клетки, микроорганизмы нуждаются также в постоянном источнике энергии, которая расходуется на биосинтез различных соединений, транспорт веществ и другие жизненные процессы в клетке.

Среди всех питательных элементов наибольшее значение имеет углерод, которого в сухом веществе клеток микроорганизмов содержится около 50%. Он входит в состав всех органических веществ, имеющихся в микробных клетках.

Потребности различных микроорганизмов в источниках углерода весьма разнообразны. Фотосинтезирующие организмы, использующие энергию солнечного света, и бактерии, получающие энергию при окислении неорганических веществ, потребляют наиболее окисленную форму углерода — СО2 как единственный или главный источник клеточного углерода. Превращение СО2 в органические соединения клетки представляет собой восстановительный процесс, который идет со значительным потреблением энергии. Поэтому значительную часть энергии, получаемой от солнечного света или от окисления восстановленных неорганических соединений, эти физиологические группы микроорганизмов расходуют на восстановление СО2 до уровня органического вещества.

Все другие организмы получают углерод главным образом из органических веществ, а необходимую им энергию — путем окисления органических соединений. Следовательно, органические вещества служат одновременно и источником углерода, и источником энергии.

Питательная ценность источников углерода зависит от строения их молекул. Для большинства микроорганизмов лучшие источники углерода — органические соединения, содержащие частично окисленные атомы углерода (СНОН, СН2ОН, СОН). Отсюда можно сделать вывод о высокой питательной ценности веществ, содержащих спиртовые группы. Значительно хуже ассимилируются вещества с большим количеством полностью восстановленных углеродов (радикалы СН3 и СН2). К числу соединений, содержащих метиловые и метиленовые радикалы, относятся газообразные углеводороды, парафин, высшие жирные кислоты и т. д. Почти совсем не усваиваются органические соединения, содержащие углерод только в форме карбоксила — СООН (например, щавелевая кислота).

Считают, что питательная ценность органических соединений связана с легкостью их перехода в углеводы или близкие к ним соединения, которые затем превращаются в вещества с тремя атомами углерода. Усвояемость органических соединений зависит не только от их растворимости и степени окисленности атомов углерода, но и пространственной конфигурации их молекул. Большинство активных компонентов клетки микроорганизма — соединения оптически деятельные, причем клетка обычно усваивает только определенные оптические изомеры, например сахара, относящиеся к D-ряду, аминокислоты — к L-ряду. Очень мало микроорганизмов обладают ферментами, превращающими один оптический изомер в другой.

Поглощенные микробной клеткой органические вещества вовлекаются в сопряженные окислительно - восстановительные процессы. Часть атомов углерода окисляется до СО— и СООН, из которых затем образуется С02, другая часть, восстановившись до —СН3, —СН2 и —СН, входит в состав таких соединений, как аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания, высшие жирные кислоты и т. д.

Микроорганизмы значительно различаются способностью усваивать разные соединения углерода и синтезировать из них составные части клетки. Некоторые виды удивительно всеядны и могут использовать для питания разнообразные соединения. С другой стороны, известно множество различных специализированных типов микробов, которые нуждаются в специфических соединениях. Существуют микробы, использующие нефть, газообразные углеводороды, парафины. Даже резина, гудрон, капрон и многие другие синтетические материалы, а также пестициды и т. д. после попадания в почву начинают разлагаться микроорганизмами. Практически не существует органических соединений, которые не усваивались бы микроорганизмами.

Специфичность набора органических соединений, свойственная каждому виду микроорганизмов, используется для физиологической характеристики вида и для классификации микроорганизмов.

Ряд микроорганизмов, использующих углерод органических соединений, нуждаются также в СО2, как в питательном веществе, однако в очень небольших количествах, потому что это соединение потребляется в немногих биосинтетических реакциях. Так как СО2 нормально продуцируется в больших количествах организмами, использующими органические вещества, их биосинтетические потребности могут удовлетворяться в процессе метаболизма. Тем не менее, полное удаление СО2 из среды, в которой культивируют микроорганизмы, часто задерживает или прекращает их рост. Некоторые бактерии и грибы требуют для своего роста относительно высокие концентрации СО2 в атмосфере (от 5 до 10%).

Микроорганизмы нуждаются в источниках азотного питания, которые служат материалом для образования аминных — NH2 и иминных — NH-групп в молекулах аминокислот, пуринов и пиримидинов, нуклеиновых кислот и других веществ, входящих в состав клетки. Самый доступный источник азота для многих микроорганизмов — ионы аммония (NH4+) и аммиак (NH3), они достаточно быстро проникают в клетку микроорганизма и трансформируются в имино - и аминогруппы.

Аммонийные соли органических кислот более благоприятны для питания, чем минеральные аммонийные соли. Последние являются физиологически кислыми — при потреблении NH3 в среде накапливаются минеральные анионы (SO42-, НР042, Сl-), что влечет за собой сильное снижение pH.

Соли азотной кислоты в противоположность минеральным аммонийным солям не обладают физиологической кислотностью, и после использования NО3- микробами остаются ионы металлов (К+, Mg2+, Na+), что способствует подщелачиванию среды. Не все микроорганизмы могут восстанавливать окисленные соединения азота и питаться нитратами или нитритами. Большинство микробов ассимилируют минеральные формы азота.

Существуют микроорганизмы, способные усваивать молекулярный азот воздуха и строить из него необходимые компоненты клетки. Эти виды имеют большое значение в обогащении пахотного слоя связанными соединениями азота. В настоящее время известно большое число групп микроорганизмов (бактерий, актиномицетов, цианобактерий) с азотфиксирующей способностью.

Наряду с минеральными источниками азота многие микроорганизмы могут потреблять азот органических соединений, которые одновременно служат и источником углерода.

Потребление органических источников азота связывается обычно с отщеплением от них NH3 и поглощением последнего микробной клеткой. Некоторые микроорганизмы могут ассимилировать аминокислоты, используя их как строительные блоки.

Усвояемость органических источников азота весьма различна. Белки, представляющие собой высокомолекулярные соединения, не проникают в клетку микробов. Поэтому белками могут питаться только микроорганизмы, выделяющие в среду экзоферменты, расщепляющие молекулы белков до пептидов и аминокислот. Этими свойствами обладают многие микроорганизмы.

Обычно микроорганизмам, питающимся только органическими соединениями азота — аминокислотами и т. п., требуется определенный набор этих веществ. Высокая чувствительность подобных организмов к наличию в среде некоторых аминокислот позволила разработать микробиологический метод их качественного и количественного определения.

Сера, как и азот, — необходимый компонент клеточного материала для всех организмов, в которых она встречается главным образом в восстановленной форме, в виде сульфидной группы. Зеленые растения ассимилируют соединения серы в окисленном состоянии в виде сульфатов и восстанавливают их для включения в биосинтез.

Большинство микроорганизмов может использовать сульфаты в качестве питательного вещества, но имеются бактерии, требующие для биосинтеза источники восстановленной серы. Для таких организмов источником серы могут служить неорганические сульфиды, тиосульфаты и содержащие серу органические соединения.

Наряду с углеродом, азотом и серой микроорганизмы используют значительные количества калия и фосфора и небольшие — натрия, магния, кальция, железа.

Фосфор входит в состав ряда важных органических соединений клетки (нуклеиновых кислот, фосфолипидов, коферментов и др ). Ряд органических соединений фосфора (АТФ, АДФ) используется в живых организмах в качестве аккумуляторов энергии, высвобождающейся в ходе окислительных процессов. Без фосфора микроорганизмы не развиваются. В противоположность азоту и сере фосфор встречается в составе органических веществ только в окисленном состоянии (в форме Н3Р04). Он никогда не вступает в прямое соединение с углеродом, соединяясь с ним только по типу эфирной связи через кислородный мостик —О—. Фосфор поступает в клетки микроорганизмов в виде молекулы фосфорной кислоты и в неизменной форме участвует в различных биохимических превращениях. Наилучший источник фосфора — различные соли ортофосфорной кислоты.

Калий необходим для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов. Он играет существенную роль в углеводном обмене и синтезе клеточного вещества.

Магний входит в состав бактериохлорофилла у зеленых и пурпурных бактерий, серобактерий и хлорофилла у цианобактерий, а также служит активатором ряда ферментов. Магний находится в клетке главным образом в ионном состоянии или в составе нестойких органических соединений.

Источниками калия и магния являются их соли.

Кальций необходим для роста некоторых бактерий (например, Azotobacter, Clostridium pasteurianum и др.). Источником кальция служат его водорастворимые соли.

Железо относится к числу незаменимых питательных элементов, хотя и требующихся микроорганизмам в небольших количествах. Железо входит в состав особой органической группировки (геминной) кофермента некоторых важных ферментов (геминный фермент, цитохромы), участвующих в дыхании микроорганизмов. Источником железа могут служить сернокислые и другие его соли.

Микроорганизмам необходимы и микроэлементы, которые хотя и потребляются в малых количествах, но имеют особое значение. Без микроэлементов невозможно осуществление важнейших жизненных функций, так как они входят в состав ферментов — сложных белковых образований, являющихся регуляторами и участниками обмена веществ у живых организмов. Например, медь входит в состав порфиринов, играющих роль переносчиков кислорода в процессах дыхания, а молибден в составе фермента нитрогеназы принимает участие в процессе фиксации азота из атмосферы.

Кроме основных питательных веществ, почти все группы микроорганизмов нуждаются в небольшом количестве соединений, получивших название факторов роста. К ним относятся витамины и витаминоподобные вещества, пурины и пиримидины, аминокислоты и ряд других соединений.

Типы питания. В соответствии с принятой сейчас классификацией микроорганизмов по типу питания разделяют на ряд групп в зависимости от источников энергии и источника углерода.

По использованию различных источников энергии микроорганизмы делятся на фототрофы, потребляющие солнечный свет, и хемотрофы, энергетическим материалом для которых служат разнообразные органические и неорганические вещества.

В зависимости от того, в какой форме микроорганизмы получают из окружающей среды углерод, их подразделяют на две группы: автотрофные микроорганизмы («сами себя питающие»), использующие в качестве единственного источника углерода углекислоту, из которой они могут синтезировать необходимые углеродсодержащие соединения, и гетеротрофные микроорганизмы («питающиеся за счет других»), получающие углерод в виде довольно сложных восстановленных органических соединений.

Следовательно, по способу получения энергии и углерода микроорганизмы могут быть разделены на фотоавтотрофов, фотогетеротрофов, хемоавтотрофов и хемогетеротрофов. Каждая из этих групп микроорганизмов, в свою очередь, подразделяется в зависимости от природы окисляемого субстрата, называемого донором электронов (—Н-донором), используемого в обмене веществ, на о р г а н о т р о ф ы, потребляющие как энергетический источник органические вещества, и литотрофы (от греч. литое — камень), получающие энергию за счет окисления неорганических веществ. Поэтому в зависимости от используемого микроорганизмами источника энергии и донора электронов следует различать фотоорганотрофы, фотолитотрофы, хемоорганотрофы и хемолитотрофы.

Таким образом, выделяют восемь возможных типов питания (табл. 2).

Каждый тип питания характерен для большего или меньшего числа микроорганизмов. Ниже приведено описание наиболее распространенных типов питания и краткий перечень микроорганизмов, их осуществляющих.

Фототрофия (источник энергии — солнечный свет).

1. Фотолитоавтотрофия — тип питания, характерный для микроорганизмов, использующих энергию света для синтеза веществ клетки из СО2 и неорганических соединений (Н2О, H2S, S), то есть осуществляющих фотосинтез. К данной группе относятся цианобактерии, пурпурные серные бактерии и зеленые серные бактерии.

Цианобактерии, так же как зеленые растения, восстанавливают CO2 до органического вещества фотохимическим путем с помощью водорода воды, то есть осуществляют реакцию:

Пурпурные серные бактерии (сем. Chromatiaceae) содержат бак - териохлорофиллы а и b, обусловливающие способность их к фотосинтезу, и различные каротиноидные пигменты.

Пурпурные серные бактерии для восстановления СО2 в органическое вещество используют водород, входящий в состав H2S. При этом в их цитоплазме накапливается сера в виде гранул, которая затем окисляется до серной кислоты, то есть протекают следующие реакции:

Пурпурные серные бактерии в большинстве случаев являются облигатными анаэробами.

Зеленые серные бактерии (сем. Chlorobiaceae) содержат зеленые бактериохлорофиллы c и d в небольшом количестве бактериохлорофилл а, а также различные каротиноиды. Как и пурпурные серные бактерии, они являются строгими анаэробами и способны окислять в процессе фотосинтеза сероводород, сульфиды и сульфиты, накапливая серу, которая в большинстве случаев окисляется до S024.

2. Фотоорганогетеротрофия — тип питания, характерный для микроорганизмов, которые для получения энергии, помимо фотосинтеза, могут использовать еще и простые органические соединения. К этой группе относятся пурпурные несерные бактерии.

Пурпурные несерные бактерии (сем. Rhodospirillaceae) содержат бактериохлорофиллы а и b, а также различные каротиноиды. Они не способны окислять сероводород (Н 2S), накапливать серу и выделять ее во внешнюю среду.

Хемотрофия (энергетический источник — неорганические и органические соединения).

1. Хемолитоавтотрофия — тип питания, характерный для микроорганизмов, получающих энергию при окислении неорганических соединений, таких как Н2, NH4+,NO2-, Fe2+, H 2S, S°, SO32-, S2О32-, СО и др. Этот процесс называется хемосинтезом. Углерод для синтеза всех компонентов клеток хемолитоавтотрофы получают из углекислоты.

Явление хемосинтеза у микроорганизмов (железобактерий и нитрифицирующих бактерий) было открыто в 1887—1890 гг. известным русским микробиологом С. Н. Виноградским.

Хемолитоавтотрофия осуществляется нитрифицирующими бактериями (окисляющими аммиак или нитриты), серными бактериями (окисляющими сероводород, элементарную серу и некоторые простые неорганические соединения серы), бактериями, окисляющими водород до воды, железобактериями, способными окислять соединения двухвалентного железа, и т. д.

Представление о количестве энергии (в джоулях), получаемой при процессах хемолитоавтотрофии, вызываемых указанными бактериями, дают следующие реакции:

NH3 + 11/2 О2 - HNО2 + Н2О 4+ 2,8*105

HNО2 +11/2О2 - HN03 + 0,7*105

H2S +1/2 - S +Н 2О + 1,7*105

S+11/2 О2- H2S04 +5,0*105

Н2 + Ѕ О2 - Н20 +2,3*105

2FеC03 + 1/2O2 + ЗН20 - 2Fe(OH)3 + 2С02 + 1,7-105

2. Хемоорганогетеротрофия — тип питания, характерный для микроорганизмов, получающих необходимую энергию и углерод из органических соединений. Сюда относятся многие аэробные и анаэробные микроорганизмы, обитающие в почвах и других субстратах.

Среди хемоорганогетеротрофов выделяют сапрофитов, живущих за счет мертвых органических материалов, и паразитов, растущих и развивающихся в тканях живых организмов. В последнем случае имеются в виду паратрофия и паратрофы, облигатные внутриклеточные паразиты, которые вне клетки хозяина не растут (риккетсии и др.).

Считают, что из известных типов питания наиболее широко распространены в живом мире два типа — фотолитоавтотрофия и хемоорганогетеротрофия. Первый тип питания характерен для высших растений, водорослей и ряда бактерий, второй — для животных, грибов и многих микроорганизмов. Остальные типы питания присущи некоторым группам бактерий, живущим в особых, специфических условиях среды.

Для многих микроорганизмов установлена способность переходить с одного типа питания на другой. Например, водородокисляющие бактерии в соответствующих условиях (при наличии О2, на средах с углеводами или органическими кислотами) способны переключаться с хемолитоавтотрофии на хемоорганогетеротрофию. Поэтому их называют факультативными хемолитоавтотрофами. Микроорганизмы, которые не могут расти в отсутствии специфических неорганических доноров электронов (например, нитрифицирующие и некоторые другие бактерии), называются облигатными хемолитоавтотрофами.

У микроорганизмов отмечена и так называемая миксотрофия. Это такой тип питания, когда микроорганизм — миксотроф — одновременно использует свои различные возможности, например, сразу окисляя органические и минеральные соединения, или источником углерода для него одновременно может служить углекислота и органическое вещество и т. д.

В природе широко распространены микроорганизмы, использующие для роста в качестве источников энергии и углерода одноуглеродные соединения (метан, метанол, формиат, метиламин и др.). Эти микроорганизмы называют С1использующими формами, или метилотрофами, а тип питания — метилотрофией.

Метилотрофные бактерии подразделяют на облигатные и факультативные. Первые способны расти в результате использования только одноуглеродных соединений, а вторые растут на средах и с другими веществами. К метилотрофам относятся микроорганизмы разных систематических групп.

17 фагоцитоз

Фагоцито́з (др.-греч. φαγεῖν «пожирать» + κύτος «клетка») — процесс, при котором клетки (простейшие, либо специально предназначенные для этого клетки крови и тканей организма — фагоциты) захватывают и переваривают твёрдые частицы.

Фагоцитоз, наряду с пиноцитозом, является одним из видов эндоцитоза. У некоторых клеток он используется для получения полезных веществ, и для одноклеточных организмов гомологичен питанию. У многоклеточных животных этот процесс взял на себя функцию удаления отходов и патогенов.

Явление фагоцитоза было открыто канадским врачом Уильямом Ослером^[1]. Дальнейшее его изучение принадлежит И. И. Мечникову, который выявил этот процесс, проделывая опыты с морскими звёздами и дафниями, вводя в их организмы инородные тела.

Например, когда Мечников поместил в тело дафнии спору грибка, то он заметил, что на неё нападают особые подвижные клетки. Когда же он ввёл слишком много спор, клетки не успели их все переварить, и животное погибло. Клетки, защищающие организм от бактерий, вирусов, спор грибов и пр., Мечников назвал фагоцитами.