uchebnik_Mikrobiologia_pischevykh_proizvodstv_1

мембрана пропускает внутрь клетки необходимые вещества и способствует выведению из клетки продуктов жизнедеятельности, при участии локализованных на ней белков-

переносчиков. Через поры ЦПМ осуществляется обмен клетки с окружающей средой. На наружной стороне ЦПМ расположены гидролитические ферменты, выделяемые клеткой для расщепления сложных веществ питательной среды на простые, усваиваемые клеткой.

На внутренней стороне ЦПМ локализованы окислительно-восстановительные ферменты,

участвующие в энергетических процессах клетки. Нарушение целостности ЦПМ приводит к гибели клетки. У некоторых бактерий, в основном грамположительных, значительно реже у грамотрицательных обнаруживаются локальные впячивания ЦПМ, получившие название мезосом. Функции этих структур до конца пока остаются неясными.

Существуют разные точки зрения относительно роли мезосом в клетке. Достоверно известно, что мезосомы не являются обязательной структурой, а увеличивают общую

«рабочую» поверхность ЦПМ и усиливают определенные клеточные функции: усиливают энергетический метаболизм, участвуют в клеточном делении, образовании эндоспор.

Рибосомы - небольшие округлые гранулы, рассеянные в цитоплазме, состоящие из РНК (60%) и белка (40%). В них происходит синтез белков. Число рибосом может быть

5...50 тыс., что зависит от возраста клеток и условий культивирования. В молодых клетках наблюдается повышенное содержание рибосом.

Нуклеоид (ядерный аппарат) состоит из одной спирально закрученной нити ДНК, замкнутой в кольцо (бактериальная хромосома), занимает центральную

область в цитоплазме и является основным фактором передачи генетической информации потомству.

Кроме нуклеоида, в цитоплазме некоторых бактериальных клеток могут находиться в сотни раз более короткие нити ДНК - так называемые внехромосомные факторы наследственности - плазмиды. Они придают организму дополнительные, полезные для него свойства, в частности связанные с размножением, устойчивостью к лекарственным препаратам, болезнетворностью и др.

В клетках бактерий часто содержатся гранулы резервных (запасных веществ), к

которым относятся полисахариды (гликоген, крахмал, гранулеза), липиды (гранулы и капельки жира), полифосфаты (волютин), соединения серы и др. У многих бактерий клеточная стенка снаружи покрыта слизистым образованием - капсулой,

предохраняющей клетку от высыхания и механических повреждений, создает

Рис. 6. Капсулы бактерий

дополнительный осмотический барьер, служит препятствием для проникновения фагов

(рис.6). Капсулы чаще всего - полисахариды (декстран, леван), реже - гликопротеиды,

полипептиды. Декстрановые капсулы образуются в тех случаях, когда питательная среда сдержит значительное количество сахарозы. Так, на сахарных заводах иногда обильно развивается Leuconostoc mesenteroides, который за короткий срок превращает раствор тростникового сахара в сплошную слизистую массу – декстрановый студень (клеек), за что эту бактерию называют бактерией лягушачьей икры. Декстран используют как заменитель крови. Декстрановый гель – сефадекс находит широкое применение в аналитической химии для разделения веществ разной молекулярной массы по фракциям.

Некоторые молочнокислые бактерии выделяют полисахарид леван, что придает кисломолочным продуктам тягучесть. Ослизнению подвергаются мясо, колбасы, творог;

наблюдается рассолов квашеных овощей, пива, вина. Капсулы затрудняют борьбу с бактериями в пищевых производствах. Капсулы болезнетворных бактерий затрудняют ле-

чение.

Многие бактериальные клетки имеют на своей поверхности прямые отростки -

фимбрии (пили). Они короче и тоньше жгутиков, но более многочисленны (10 и более тысяч). Фимбрии являются необязательной клеточной структурой, так как без них бактерии хорошо растут и размножаются. Их функции недостаточно выяснены.

Предполагают, что с их помощью бактерии прикрепляются к субстрату или образуют агрегаты клеток, участвуют в регуляции водносолевого обмена бактерий. Побочная функция фимбрий - защита клетки от нападения паразитов. Описано девять различных типов ворсинок. Наиболее хорошо изучены так называемые половые ворсинки, или F-

пили, которые встречаются только по одной или две на клетку и имеют вид полых трубочек длиной 0,5…10 мкм. Они принимают участие в примитивном половом размножении прокариот (конъюгации).

Движение бактерий. Примерно 1/5 часть бактерий (в основном палочковидные,

некоторые кокки и все извитые формы) обладает способностью к передвижению. К

неподвижным формам относится большинство кокков и некоторые палочковидные бак-

терии. Большинство подвижных бактерий активно передвигаются только в жидкой среде.

Чаще всего движение осуществляется с помощью длинных тонких, спиральных,

волнистых или изогнутых локомоторных структур – жгутиков. Они берут начало под ЦПМ и через поры мембраны выходят наружу. Длина жгутиков может во много раз превышать длину тела бактерии (от 3 до 20 мкм). Поперечный размер жгутиков составляет 0,01…0,03 мкм. Их число может изменяться от I до 100. Жгутик состоит из белка флагеллина, сходного по составу с миозином мышц. Клетки, утратившие жгутики,

теряют способность к движению, но остаются жизнеспособными. Число и расположение жгути

Рис.7. Расположение жгутиков у бактерий:

1 – монотрих; 2 – амфитрих; 3 – лофотрих; 4 – перитрих

ков на поверхности клетки имеют диагностическое значение (рис.7).

Для бактерий, имеющих жгутики, характер движения – свободно-плавающий.

Некоторые бактерии могут передвигаться и по плотному субстрату по типу скольжения, выделяя слизь. Специфический механизм передвижения существует у некоторых спирохет: в их клетках под клеточной стенкой проходит осевая нить,

представляющая собой систему, состоящую из внутриклеточных жгутиков, за счет сокращения которых и происходит перемещение клетки. Способность к движению

позволяет бактериям переместиться в ту область среды, в которой условия для их роста оптимальны.

Образование эндоспор. Некоторые палочковидные Грам+ бактерии при неблагоприятных для роста условиях (недостатке питательных веществ в среде,

накоплении токсичных продуктов обмена веществ или при несоответствии температуры,

влажности и pH среды оптимальным значениям для развития данного вида бактерий)

способны переходить в покоящееся состояние, образуя эндоспоры. Спорообразование не является обязательной стадией развития и не является способом размножения

Рис.8. Типичное расположение спор и формы спорообразующих клеток.

1, 2 – бациллярное; 3, 4 – плектридиальное; 5, 6 - клостридиальное

спорообразующих бактерии.

Споры в клетке могут располагаться в центре и на периферии, при этом форма клетки может изменяться (рис.8).Формирование споры начинается с накопления белкового материала, обезвоживания и уплотнения цитоплазмы с ядерным веществом в так называемой спорогенной зоне клетки. Образуется протопласт споры, постепенно

отделяющийся от протопласта материнской клетки с помощью образующейся

многослойной споровой оболочки (внутренняя, наружная и экзоспориум), под которой затем формируется кора (кортекс) и стенка споры. Процесс спорообразования протекает несколько часов. Когда спора сформируется, оболочка и остальные части клетки разрушаются и спора освобождается.

Зрелые споры (рис.9) чрезвычайно устойчивы к воздействию температуры. Например,

споры возбудителя тяжелого пищевого отравления – ботулизма - Clostridium botulinium

выдерживают нагревание до 100оС в течение 5 - 6 ч. Споры выносят высушивание, воздействие ультрафиолетовых

лучей, ядовитых веществ и т.п. Эндопоры бактерий могут сохранять жизнеспособность десятки, и даже сотни лет. Устойчивость спор связана с тем, что их покровы трудно проницаемы, в них содержится много липидов, мало воды,

ферменты находятся в неактивном состоянии. Попав в благоприятные условия, спора прорастает в вегетативную клетку.

Рис.9. Схема строение зрелой споры:

1 – нуклеоид; 2 – цитоплазма; 3 – внутренняя мембрана; 4 – кортекс; 5 – наружная мембрана; 6 – покровы, состоящие из нескольких слоев; 7 – экзоспориум

Порчу пищевых продуктов вызывают лишь вегетативные клетки бактерий. Знание факторов, способствующих образованию спор у бактерий, и факторов, которые вызывают их прорастание в вегетативные клетки, имеет большое значение в выборе способа обработки продуктов для предотвращения их микробной порчи.

Рост и размножение бактерий. Рост это физиологический процесс, в ходе которого увеличиваются размеры и масса клетки. Достигнув определенной величины, клетка перестает расти и начинается процесс размножения, т.е. увеличение числа особей клетки,

когда от материнской клетки отделяется дочерняя. Большинство бактерий размножается путем бинарного поперечного деления.

Перед клеточным делением происходит расплетение и последующая репликация

(удвоение) нити ДНК. Это позволяет вновь образующейся (дочерней) клетке получать абсолютно идентичную материнской клетке по последовательности нуклеотидов молекулу ДНК. Предполагают, что делению бактериальной клетки предшествует удвоение структурных и химических ее компонентов – клеточной стенки,

цитоплазматической мембраны, рибосом, РНК, белков, аминокислот и т.д. Только после этого происходит деление клетки.

У некоторых бактерий (Escherichia coli) наблюдается и половое размножение в примитивной форме (конъюгация), при котором части ДНК из одной клетки (клетки-

донора) передается в другую клетку (клетку-реципиента). В результате у потомства наблюдается заметное разнообразие признаков, вызванное смешением генов, что очень важно для эволюции и является главным преимуществом полового процесса. За процесс конъюгации отвечают плазмиды. Половые волоски F- пили, как предполагают ученые,

служат для взаимного узнавания при контакте между клеткой-донором и клеткой-реципиентом и делают возможным образование конъюгационного мостика,

по которому происходит передача ДНК.

Неподвижные формы актиномицетов размножа-

ются главным образом экзоспорами (рис. 11а)

Рис.10. Конъюгация у E.coli

(наружными спорами), которые образуются поодиночке или цепочками на концах спороносящих гиф – спороносцах, имеющих разнообразную форму.

Рис. 11. Споры актиномицетов.

Основы классификации бактерий

Существуют два типа систематики биологических объектов: филогенетическая, или

естественная, в основе которой лежит установление родственных (генетических,

эволюционных) связей между организмами, и практическая, или искусственная, целью которой является выявление степени сходства между организмами для быстрой их идентификации и установления принадлежности к определенным таксонам.

Большинство классификаций бактерий является искусственными. Они предназначены для определения той или иной группы микроорганизмов, представляющих интерес для исследователей

Классификация всех живых существ основана почти полностью на морфологических признаках организмов.

Морфология микроорганизмов изучает форму и особенности строения клеток, способы размножения и передвижения, и др. Морфологические признаки играют большую роль в идентификации микроорганизмов и их классификации.

У бактерий классификация имеет специфические особенности вследствие немногочисленности их морфологических признаков. Современная микробиология для

классификации использует комплекс признаков: морфологические (форма клеток,

наличие и характер расположения жгутиков, способ размножения, окраска по Граму,

способность к образованию эндоспор; физиологические особенности (способ питания,

получение энергии, состав продуктов обмена, отношение к воздействию температуры, рН,

кислорода и др. факторам); культуральные (характер роста на различных питательных средах культуры бактерии; на жидких средах - наличие пленки, мути, осадка; на плотных средах - тип колоний и их особенности).

В настоящее время большое значение имеют биохимические (генотипические)

признаки, т.е. особенности нуклеотидного состава ДНК. Достоверно известно, что особи одного и того же вида имеют одинаковый состав оснований ДНК, а у видов,

принадлежащих к одному роду, нуклеотидный состав имеет близкие значения. По совокупности морфологических, физиологических, культуральных и биохимических признаков бактерии могут быть отнесены к тому или иному виду.

В последние годы получила признание искусственная классификация бактерий,

предложенная Р.Мюрреем (R.Murray) в 1978 году. Согласно этой классификации царство прокариот «Procaryotae» подразделено на четыре отдела. Распределение микроорганизмов по отделам основано главным образом, на наличии или отсутствии клеточных стенок и особенностей их строения. Для микробиологии пищевых производств имеют значения два отдела:

В первый отдел Firmicutes («Firmus» - толстый, основательный ) или «толстокожие»,

отнесены все бактерии, для которых характерно строение клеточной стенки по типу

Грам+ бактерий: все кокки, молочнокислые бактерии (педиококки - Pediococcus,

лактобациллы – Lactobacillus, стреп-тококки – Streptococcus и лейконосток – Leuconostoc),

палочковидные спорообразующие бактерии (Bacillus, Clostridium) и актиномицеты.

Второй отдел Gracilicutes («Gracilus» - тонкий, изящный, «cutes» - кожа ) или

«тонкокожие», объединяет все бактерии, которые имеют клеточную стенку, характерную для Грам- бактерий: род Pseudomonas (некоторые гнилостные бактерии и др.), роды

Acetobacter и Gluconobacter (уксуснокислые бактерии), используемые в производстве уксуса, а также вредители бродильных производств. К Грампалочкам относится и многочисленная группа – энтеробактерии ( бактерии кишечной группы), в т.ч. и род

Escherichia. Некоторые из бактерий кишечной группы постоянно населяют кишечник человека и животных. Другие - являются возбудителями инфекционных желудочно-

кишечных заболеваний (дизентерии, брюшного тифа, паратифов), передающихся через пищевых продукты, и пищевых отравлений.

Контрольные вопросы:

1.Каковы основные формы бактерий пищевых производств? 2. Назовите основные функции и химический состав клеточной стенки бактерий? 3. Какие фукнции в бактериальной клетке выполняет цитоплазматическая мембрана? 4. Чем представлен генетический аппарат у прокариот? 5.Что такое плазмиды, у каких бактерий они присутствуют и какие функции выполняют? 6.Как передвигаются бактерии? 7.Какие функции выполняют эндоспоры у бактерий, и при каких условиях они образуются? 8.Назовите основной принцип классификации бактерий?

Эукариоты - микроскопические грибы (мицелиальные грибы и дрожжи)

Для мицелиальных грибов характерны разнообразные способы и органы

размножения. Различия в строении мицелия и способах размножения используются для классификации грибов. Клетки грибов имеют ветвящиеся нити - гифы с верхушечным ростом и боковым ветвлением, переплетаясь они образуют мицелий (грибницу).

Грибы размножаются вегетативным, бесполым и половым путями.

Вегетативное размножение осуществляется отдельными участками мицелия, т.е.

без образования специализированных органов размножения.

При бесполом и половом размножении образуются специализированные клетки -

споры, с помощью которых и осуществляется размножение.

Образованию спор при бесполом размножении предшествует митотическое деление ядра, при котором образуются два дочерних ядра с набором хромосом,

тивных гиф.

У низших грибов споры образуются внутри специальных клеток -спорангиев, они носят название спорангиоспоры. У высших грибов споры образуются экзогенно

(наружно) на гифах воздушного мицелия и носят название конидии.

Рис.12. Органы вегетативного и бесполого размножения грибов: а - оидии;

б - хламидоспоры; в - спорангиоспоры; г – конидии

Образованию спор при половом размножении, предшествует слияние (копуляция) двух половых клеток – гамет и их ядер. Образуется диплоидная клетка - зигота, содержащая двойной набор хромосом. Затем следует процесс редукционного деления - мейоз,

сопровождающийся перераспределением отцовских и материнских признаков,

приводящий к уменьшению числа хромосом до исходного и увеличению разнообразия видов. В результате образуются специализированные органы размножения. Развитие этих органов, формы полового процесса у грибов многообразны.

Классификация грибов. Подразделение грибов на классы основано на использовании комплекса признаков, ведущими из которых являются особенность состава клеточной стенки, типы полового и бесполого размножения. Согласно современной классификации все грибы распределены по следующим классам:

Класс Chytridiomycetes (Хитриодиомицеты)

Важнейшие представители этого класса • это грибы родов Olpidium паразитирует на горошке, а также вызывает болезнь капустной рассады - "черная ножка".

Synchytrium - является возбудителем рака картофеля.

Класс Oomycetes (Оомицеты) - Наибольшее значение имеют представители родов

Pythium (паразитируют на корнях свеклы, салата, редиса, огурцов, табака, кукурузы и других культурных и дикорастущих растений, вызывая заболевание "корнеед");

Phytophtora - К этому роду относится гриб-паразит ботвы и клубней картофеля, листьев и плодов томата и других представителей пасленовых (или картофельный гриб). Plasmopara

-важнейший вид этого рода - возбудитель одной из наиболее опасных болезней винограда

-ложной мучнистой росы, или мильдью.

Класс Zygomycetes (Зигомицеты): Род Мucor - вызывают порчу пищевых продуктов,

образуя пушистые налеты.

Рис.13. Род Мucor Рис.14. Род Rhizopus

Грибы рода Rhizopus вызывают так называемую «мягкую - гниль» ягод, плодов и овощей.

Мукоровые грибы образуют органические кислоты и ферменты, способны вызывать слабое спиртовое брожение.

Класс Ascomycetes (Аскомицеты): К аскомицетам относятся имеющие большое значение аспергилловые и пеницилловые грибы.

Рис.15. Aspergillus niger Рис.16. Penicillium chrysogenum

Сумчатые грибы широко распространены в природе. Многие из них являются возбудителями порчи плодов и овощей, (особенно при их хранении - различные гнили),

многих пищевых продуктов. Некоторые из них вызывают повреждение промышленных изделий и материалов (текстиля, резины, целлофана, пластмасс и т.д.). Отдельные представители аспергилловых и пеницилловых грибов используются в промышленности.

Так некоторые пенициллы являются продуцентами антибиотиков – пенициллина,

цефалоспорина, гризеофульвина, цитринина и др. Penicillium roqueforti , Penicillium camemberti используют в производстве сыра сортов Рокфор и Камамбер; Aspergillus niger – для промышленного получения лимонной кислоты; A. oryzae, A. awamori - для